基于Griffith强度准则的岩溶区桩基溶洞稳定性分析

为了给出桩端荷载作用于不同位置溶洞的稳定性评价方法,首先,依据岩溶区桩基承载特性,不考虑桩身侧摩阻力的影响,将上覆土层等效为相同重度的岩层,建立简化计算模型。其次,将桩端荷载等效为一集中力,基于Mindlin解求得桩端荷载作用下半无限空间内的地层应力。再次,利用复变函数的方法求得溶洞在重力作用下的地层应力,其主要思想是通过映射函数将溶洞所在平面映射到单位圆外域上,根据边界条件对地层应力进行求解。最后,将桩端荷载作用下产生的地层应力与溶洞在重力作用下产生的地层应力进行叠加,从而得到桩端荷载作用在含有溶洞地层中的应力表达式,并在此基础上求得最大、最小主应力,同时引入Griffith强度破坏准则,对溶洞稳定性进行评价。结果表明：通过计算可得溶洞边界上的应力最为集中,因此在实际工程应用中,可对溶洞边界上关键点进行验算来判断溶洞在桩基荷载作用下是否会发生破坏;理论计算结果与工程实际情况吻合良好,为岩溶区桩端荷载作用下溶洞稳定性评价提供了一种新的、更为接近工程实际情况的理论计算方法;值得注意的是,所提计算模型是基于平面应变假定,不能考虑桩和溶洞之间的空间效应,因此该方法也只能考虑单个溶洞的影响,这些问题在后续研究中值得深入探讨。     

岩溶区土洞基础稳定性解析研究

本研究旨在给出非均布、非对称基础荷载作用下圆形、椭圆形土洞稳定性评价方法。首先,根据岩溶区土洞基础承载特性,考虑条形基础埋深、土洞形状和地下水情况,建立了8种不同条件下的简化计算模型。其次,基于Boussinesq解、Mindlin解分别对作用于地层表面、地层内部的非均布基础荷载进行积分,求得条形基础荷载引起的地层应力。再次,基于复变函数法,通过映射函数将圆形、椭圆形土洞转换为复平面内的单位圆,采用保角变换、柯西积分等方法分别求得考虑地下水或不考虑地下水的圆形、椭圆形土洞在自重影响下的应力场。然后,将土洞在条形基础引起的应力场和在自重影响下的应力场进行叠加,便可求得基础荷载作用下含土洞地层中的应力场。基于此,便可进一步求得含空洞地层中任意一点最大、最小主应力。在Mohr-Coulomb屈服准则的基础上,选取离基础较近的土洞周围的关键点,并对这些关键点进行稳定性验算,从而对基础荷载作用下土洞整体的稳定性进行评价。最后,采用工程算例验证了本研究方法的可行性与正确性,以期为岩溶区土洞基础初步设计提供参考。值得注意的是,本研究应力场的计算是基于弹性理论,并没有考虑土体由于塑性特征引起的变形,该部分对应力场的计算有一定影响,在今后的研究中还需进一步探讨。     

预应力混凝土收缩徐变效应的块体有限元分析

基于单轴应力下考虑收缩徐变效应的混凝土应力应变关系增量表达式,结合现有试验观察结果,提出了多轴应力下考虑收缩徐变效应的混凝土应力应变关系增量表达式,导出了多轴应力下徐变等效荷载的计算公式,并给出了预应力混凝土收缩徐变效应块体有限元分析的具体实现方法.将上述成果应用于一座V形墩连续梁桥的块体有限元仿真分析,获得理想的结果,验证了文中方法的可靠性和实用性.     

基于厚板理论确定岩溶及采空区路基岩层顶板安全厚度

基于Reissner厚板理论,在求解过程中结合加权余量法,概化了岩溶及采空区顶板的力学模型.以四边固定与四边铰接为边界条件,考虑岩溶及采空区顶板上部受到均布荷载作用,推导了均布荷载作用下岩溶及采空区顶板的挠度方程和内力表达式,揭示了均布荷载作用下顶板应力和挠度随项板厚跨比的变化规律.联系实际工程,以顶板岩层抗拉强度为计算控制条件,结合岩溶及采空区顶板安全厚度计算公式,对挠度计算方法的合理与准确性进行验证.     

基于Timoshenko梁理论的薄壁箱梁剪力滞效应研究

基于Timoshenko梁理论,对单箱单室混凝土薄壁箱梁的翘曲位移函数进行了修正,合理构造了考虑各翼板剪切变形差幅值关系、横截面轴力平衡条件以及腹板剪切变形影响的翘曲位移函数,建立了体系总势能函数,利用Euler-Lagrange方程得到了结构稳定平衡状态下薄壁箱梁剪力滞效应计算理论的微分方程。结合ABAQUS有限元数值模型,对比分析了简支箱梁在集中力荷载和满跨均布荷载作用下横截面各翼板纵向应力分布规律。结果表明,集中力荷载作用下,靠近加载端截面测点3受应力扰动影响明显,误差偏大,远离腹板区域,文中所提的解析解与有限元数值模型解的误差控制在5%左右;均布荷载作用下箱室内顶底板误差可以控制在5%左右,而悬臂翼板由于边界条件假设与箱室内翼板一致,与有限元数值存在一定的偏差,主要表现在误差远离腹板时逐渐增加,但可以控制在10%以内。因此,采用本研究中所构造的翘曲位移函数能较好地反映剪力滞影响下纵向应力分布规律,与有限元数值模拟的结果吻合良好,从而验证了分析方法的正确性。     

考虑土性相关性的加筋土堤坡可靠度计算研究

给出了加筋土堤概率可靠度分析的极限状态的功能函数,指出了对计算模式不确定性而进行修正的必要性,同时给出了其在极限状态功能函数中的形式,考虑了土性c与φ值的自相关性和负互相关性。对加筋土堤可靠度计算中考虑了三种不确定性:材料参数的不确定性;荷载和作用因素的不确定性;计算模型的不确定性。     

砂卵石地层地下水对盾构隧道影响的离散元流固耦合分析

为探明砂卵石地层中地下水对盾构隧道衬砌上的土压力以及地层变形的影响,以成都地铁2号线为依托,采用颗粒流方法,从细观角度模拟分析地下水对盾构隧道衬砌荷载分布以及地层扰动的规律,研究盾构隧道动态施工过程中及后期稳定后的水、土压力分布。研究表明： 考虑地下水工况时的衬砌荷载小于不考虑地下水的工况,开挖后地下水位越高,衬砌荷载越小;地下水分布影响隧道开挖后洞周应力重分布,拱顶处受到的影响最大,拱肩处受到的影响最小;盾构隧道开挖后,拱顶上方存在一定范围的松动区,在松动区上方一定范围形成坍落拱,起到承载作用,同时将上方土荷载有效地传递到洞周两侧。考虑地下水时,由于有效应力减小,地层变形相应减小,地层受盾构施工扰动的影响减弱。     

建筑物下地铁车站穿越施工数值模拟方法分析

随着城市地下空间的开发利用,浅埋隧道穿越地面建筑物施工问题引起了越来越多的关注。以北京某地铁车站为例,采用3类数值模拟方法对建筑物下地铁车站动态施工全过程进行了模拟计算,对比分析了不同模拟方法对地表、围岩及支护结构受力变形的影响。结果表明:在不考虑建筑物及其荷载情况下地表、围岩及支护结构的应力、变形最小;在考虑建筑物存在情况下地表沉降量、基础沉降差及地表水平位移量较小,但沉降槽宽度较大;将建筑物上部结构简化成均布荷载时,基础存在与否对地表沉降曲线影响不大,但基础的存在可以减小地表水平位移、车站拱顶下沉、支护结构变形及立柱轴力。文章最后将计算沉降值与实测值进行了对比,考虑建筑物存在情况下的计算沉降值与实测值最为接近。     

土体参数对盾构隧道衬砌与土体共同作用影响分析

为了解决在盾构隧道结构分析中土与结构共同作用如何有效考虑的问题,借鉴连续介质模型的组成体系与加载方式,基于数值分析的方法建立土与隧道共同作用的计算模型,其中管片接头的转动刚度非线性与衬砌三维拼装效应均被考虑,计算结果与模型试验结果吻合良好。针对侧压力系数和土体刚度展开参数分析,研究结果表明:1)随着侧压力系数和土体刚度的减小,衬砌椭圆化变形增加,同时衬砌拱顶弯矩增加,纵向接头的相对转动主导了衬砌的椭圆化变形;2)随着侧压力系数的增加,土体高应力分布区由拱顶月牙形朝环周均匀分布转变,拱腰侧低应力区逐渐消失,同时隧道椭圆化变形趋于0;3)土体刚度对土体应力分布改变影响较小,但随着土层刚度的增加,衬砌环周应力条件被明显改善,拱顶的椭圆化荷载同样有朝环周均布荷载转变的趋势。     

部分预应力高强混凝土梁无粘结筋极限应力及承载力的计算方法

通过１５根单调荷载和１１根低周重复荷载作用的无粘结部分预应力高强混凝土梁的试验研究，探讨了综合配筋指标、跨高比、荷载作用方式对预应力筋应力增量和极限承载力的影响，建立了无粘结预应力筋应力增量与综合配筋指标，混凝土相对受压区高度与综合配筋指标的关系式，对受压区混凝土应力等效模式进行了探讨，给出了两种无粘结部分预应力高强混凝土梁正藿面极限承载力的计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。     

基于萨道夫斯基公式分段拟合的烧锅隧道爆破振动预测研究

针对承德烧锅隧道掘进过程中地表实测爆破振动与爆破安全规程中建议的萨道夫斯基公式预测的峰值速度有较大偏差的问题进行研究。通过监测数据拟合隧道底板的振动波传播衰减规律,考虑微差爆破中冲击能转化为弹性振动能时发生折减,采用应力过渡系数k表征单段爆破的爆破应力对隧道弹性区围岩体的作用程度;通过BP神经网络反演出满足现场监测数据的应力过渡系数;建立FLAC3D模型,以应力过渡系数修正模型边界条件,分段模拟各个爆破区段内的地表振动场,用萨道夫斯基公式做回归拟合,给出各个爆破区段内K、α参数工程指导值。对比实测数据其误差在10%以内,为准确预测爆破影响范围内地表建、构筑物的爆破振速提供了可靠依据,保障了烧锅隧道施工的顺利进行,并为其他爆破工程爆破振动预测提供了新的方法。     

柔性基础下减沉复合疏桩沉降性能研究

采用减沉复合疏桩进行软基处理能充分发挥桩间土体的承载力,有效控制工后沉降的同时节约了软基处理成本。预应力管桩作为一种常用的减沉复合疏桩,大量应用于目前高速公路桥头软基处理中。其沉降计算多采用复合模量法,无法准确反映路堤荷载下该桩型的承载机理,计算值与实测值存在较大差别。基于Mindlin应力解,得出了环形桩端均布荷载作用在地基内部任意点竖向附加应力系数的数值计算方法;得出了沿桩身三角形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力作用在地基内部时任意点土中竖向附加应力系数的数值计算方法。在此基础上建立了考虑桩身压缩量和实际截面形状的预应力管桩单桩沉降计算方法,进而建立了路堤荷载下预应力管桩复合地基的沉降计算方法。通过现场实测沉降数据验证了该方法的合理性。     

隧道机械化施工地表沉降及初支结构变形研究

矿山法机械化施工由于其机械化程度高、适应性强、施工速度快得到了越来越多的应用,但对其引起的地表沉降及初期支护结构变形规律目前研究得较少。以北京地铁16号线北安河站区间段工程为背景,采用FLAC3D对地表沉降及初期支护结构变形进行了三维数值模拟分析,讨论了矿山法隧道机械化施工的关键步序。研究结果表明:先开挖的右侧导洞对应地表沉降值明显大于左侧,当两侧导洞都开挖后,地表最大沉降点均在隧道中心线对应的地表上;从初期支护结构变形来看,后进洞开挖对先进洞影响较大,即后进洞开挖后,先进洞的支护应力变大,尤其是在中墙部位,沉降变大,但单独洞室上下洞开挖对自身拱顶沉降影响不大。     

弹塑性解析法确定隧道二衬合理支护时机的应用研究

基于弹塑性理论,推导了隧道工程围岩塑性区内的应力和位移公式以及衬砌结构的应力和位移公式,推导出不同围岩等级下隧道开挖半径及支护范围,并给出了二次衬砌施工时合理的洞周位移值,所得结论对同类工程具有指导作用.     

横向荷载下基桩受力的无单元分析方法探讨

针对目前横向荷载下基桩受力分析方法不能反映基桩桩土作用的复杂边界条件以及桩周土力学参数沿深度变化等问题,引进无单元分析法,重点考虑介质不连续与基桩桩周土力学参数沿深度变化等问题,初步建立了横向荷载下基桩受力分析的无单元分析方法,并开发了相应的计算软件,和传统分析方法与实测所得结果进行对比分析表明,无单元分析结果与工程实际吻合良好.     

重力式挡土墙地震土压力计算方法及抗震措施研究

对重力式挡土墙在地震荷载作用下的破坏机理和破坏形式及其原因进行系统地分析,基于上述研究,结合库伦土压力理论基本假设,同非地震荷载作用下重力式挡土墙的土压力计算方法进行对比分析,提出了重力式挡土墙在地震荷载作用下的土压力计算方法,针对不同破坏形式给出了合理有效的抗震措施。     

横向荷载下基桩受力的无单元分析方法探讨

针对目前横向荷载下基桩受力分析方法不能反映基桩桩土作用的复杂边界条件以及桩周土力学参数沿深度变化等问题，引进无单元分析法，重点考虑介质不连续与基桩桩周土力学参数沿深度变化等问题，初步建立了横向荷载下基桩受力分析的无单元分析方法，并开发了相应的计算软件，和传统分析方法与实测所得结果进行对比分析表明，无单元分析结果与工程实际吻合良好。     

双排抗滑桩桩土作用分析模型及其应用

考虑坡体滑移的最不利工况,以滑动面为分界面,分析了双排桩与坡体作用的作用机理与关系表达式;引入p-y曲线法模拟桩间土与双排桩接触非线性特征,并结合经典土压力理论与相关应力路径三轴试验对其参数进行了求解,由此建立了双排抗滑桩与桩周土体非线性相互作用模型。在此基础上,导出双排桩不同特征桩段微分方程,利用横系梁传力协调作用及边界条件,提出了双排桩桩身内力和位移的有限差分迭代算法。试验对比分析表明,计算值与实测值吻合较好,该方法可用于双排抗滑桩的内力分析计算。     

大粒径沥青混合料基层结构抗裂机理分析

为研究大粒径沥青混合料基层的抗裂机理,采用多层弹性理论程序计算了不同结构类型路面内荷载作用产生的应力应变,基于瞬态传热假设建立了平面有限元模型,计算了降温时路面结构内的温度应力和应变,得到了荷载与温度耦合下各结构层的变形和受力特性。研究发现,当考虑车辆荷载和快速降温共同作用时,快速降温所引起的温度应力远大于标准荷载引起的荷载应力,说明快速降温的温度应力对路面的开裂起主要作用。同时,通过两种结构对比,发现采用ATB 30基层结构的沥青混凝土面层的温度和荷载应力应变均小于传统的半刚性基层沥青混凝土路面。因此认为,设置沥青稳定碎石基层是一种减少沥青混凝土路面开裂的有效方法。     

重荷载作用下橡胶沥青面层结构的三维非均布动力响应分析

为了掌握重型移动车辆荷载作用后橡胶沥青路面的力学响应,文章首先基于路面平整度车辆振动因素选取了1/4动力学模型作为重载车辆模型;而后,基于路面结构、边界条件、材料参数等条件,建立在非均布移动重荷载作用下,橡胶沥青路面的三维瞬态动力学有限元模型;最后,基于有限元模型给出橡胶沥青路面在移动重型车辆荷载作用下的动力响应时程变化规律和空间分布规律。结果表明,橡胶沥青路面结构的力学响应呈波动性及正负交替变换,横向、竖向的应力应变先迅速增加后减小,荷载离开后留有一定的残存变形,下部应变比上部应变恢复得快;纵向应力始终为负,且在中下面层中,移动车辆荷载出现了微小波动;橡胶沥青路面吸收应力应变的能力比普通沥青路面强。