有限元在高桩码头岸坡稳定性分析中的应用*

根据珠海某10万吨级煤炭码头勘察报告提供的土层参数资料和实际码头结构施工图,建立了高桩码头三维有限元模型,包括无桩岸坡模型和带桩岸坡模型,并利用强度折减理论对其进行岸坡稳定性分析,给出了岸坡安全系数,并进一步分析了桩基对岸坡稳定性的影响。几何模型和力学模型均较为复杂,为了尽可能真实地模拟实际情况,土体屈服准则采用与摩尔-库仑准则相匹配的德鲁克-普拉格准则,桩土界面采用面面接触模式。同时,还给出了天然岸坡和考虑桩基影响下的岸坡塑性区和位移场,从而为高桩码头岸坡的稳定性计算提供参考依据。     

桩土作用下斜桩对高桩码头岸坡稳定性的影响

考虑船舶撞击力、堆货荷载等外荷载对码头岸坡与后方桩台的作用,利用ABAQUS有限元软件对高桩码头布置斜桩的后方桩台与岸坡土体进行模拟,并对其桩土相互作用和结构稳定性进行分析。对位移场、应力场等云图中的模拟结果进行分析,结果表明：斜桩承受水平荷载能力优于竖向荷载,与直桩可以很好地形成遮帘作用,保证岸坡土体和结构物稳定。     

CDM法加固高桩码头软土岸坡的有限元分析

天津港曾多次发生岸坡变形导致高桩码头构件损伤的工程案例,现有的工程实践表明,CDM基础是加固高桩码头岸坡的有效方法。文章基于ABAQUS建立高桩码头的岸坡-CDM-结构三维有限元模型,分析采用CDM加固岸坡的效果。通过对比加固前后的岸坡土体位移、桩基变形和桩基内力,验证CDM方法加固高桩码头岸坡的有效性。为提高CDM加固高桩码头岸坡的实际应用,对不同CDM加固深度下的加固效果进行研究,结果表明,随CDM加固深度的增加,高桩码头桩帽-横梁处的剪力和弯矩、桩身最大拉应力均先减小后增大,存在最优加固深度。     

美国标准码头岸坡抗震设计方法

由于我国与国外同类港口工程岸坡抗震设计规范相比,在设计理念和设计方法等方面存在较大差异,这使设计人员难以适应海外项目的抗震设计要求,在很大程度上制约了海外项目的顺利实施。收集并归纳了美国标准中码头岸坡抗震设计的流程和具体操作方法,重点介绍了土体液化判别、拟静力法边坡稳定分析、土体液化残余强度和Newmark滑块位移法,并提供了一个按照美国抗震标准进行码头岸坡抗震设计的案例,为今后国外类似工程抗震设计提供参考。     

浅层岩基区域的大水位差斜坡码头岸坡稳定性数值模拟研究

针对浅层岩基、大水位差区域码头岸坡受力情况复杂,对岸坡稳定影响较大的情况,为给重庆市江津区钓钩碛斜坡码头提供岸坡稳定性依据,本文基于工程相关资料,借助ANSYS有限元计算软件建立三维计算模型,对实例工程桩基的受力特性及岸坡稳定性进行了系统研究分析。研究结果显示,在最不利工况下,实例工程码头桩基受到最大拉应力、压应力均符合规范要求,码头土体变形量较小,岸坡整体稳定性较好。     

打桩作用下高桩码头岸坡稳定可靠度分析

系统分析了打桩对高桩码头岸坡稳定的不利影响,研究了沉桩过程中孔隙水压力的分布,结合边坡稳定分析中的简化Bishop法建立极限状态方程,考虑土性参数相关性按JC法计算可靠度指标,编制了计算程序.对南通某港打桩时码头的岸坡稳定可靠性进行分析,结果表明:打桩会对岸坡稳定产生不利影响.考虑到打桩作用时岸坡稳定安全系数明显降低,可靠度指标也会降低,建议对工程中打桩时码头岸坡稳定进行验算.     

土体卸载对高桩结构影响分析

建立某软土地基高桩码头模型,并利用通用岩土有限元软件进行分析。通过对施工步骤的模拟,分析港池疏浚和岸坡开挖对码头桩基的影响。结果表明:岸坡开挖引起的土体卸载,对码头桩基弯矩和码头水平位移均有显著影响,在结构计算时应采用有效的计算手段,考虑施工工序的作用。土体卸载产生的桩基弯矩及码头水平位移与土体开挖深度之间并非正相关,而是受各土层强度的影响。     

基于极限平衡有限元法的边坡稳定分析

将传统极限平衡方法与有限元法相结合进行边坡的稳定分析。首先采用有限元法计算土体单元的正应力和切应力,然后根据极限平衡原理计算边坡的稳定安全系数,并确定可能滑动面的形状和位置。算例表明,该方法不仅能够计算得到安全系数,而且能够得到边坡土体各处的应力、应变、位移等信息,进而为全面评价边坡的稳定性提供参考。     

库区码头加筋岸坡稳定性的可靠度分析

以一座向家坝库区码头的加筋岸坡稳定性为研究对象,根据简化Bishop理论,建立了加筋岸坡的稳定性极限状态函数,并采用Monte Carlo模拟法对土体密度ρ、抗剪强度c和φ值、加筋材料强度及水位等参数进行随机抽样和岸坡的可靠度分析,最后分析了土体抗剪强度c、φ值的相关系数对岸坡安全系数均值和可靠度指标的影响,得出了一些有益的结论。     

码头岸坡土体相关距离的求解

码头岸坡多为天然土层沉积而成,土体参数具有空间变异性,应用随机场理论可以实现土性参数的点变异性到空间变异性的转化。土性参数随机场是一个平稳随机场,相关距离是描述土性参数随机场的一个重要指标。基于随机场理论,利用静力触探曲线数据按相关函数法拟合求解了码头岸坡土体的相关距离,为今后开展码头岸坡的可靠度研究打下基础。     

山区河流岸坡稳定性离心模型试验有关问题探讨

山区河流岸坡稳定性研究,涉及岩质边坡稳定性分析、岸坡渗流场计算和水固相互作用等,是典型的流固耦合问题。由于问题的复杂性,采用传统的极限平衡分析法、有限元计算方法很难解决,而采用现场试验的方法往往又会受到经费的限制。因此,采用能客观地反映工程实际和降低试验成本的离心模型试验方法进行模拟,是一种切实可行的研究方法。本研究结合山区河流岸坡稳定性的特点,对试验模型的制作、试验工况的模拟、试验误差的分析和边界条件等因素进行比较分析,提出较为合理的试验方案;并对模型试验的有关问题进行数值计算,为后续的模型试验提供了数据对比材料。     

基于有限元极限平衡法的斜坡式护岸稳定性分析

运用静力极限平衡法和有限元极限平衡法,对典型斜坡式护岸设计断面的安全系数进行计算和对比,研究浸润面计算方法、水位差和坡顶荷载对边坡稳定安全系数的影响。计算结果表明:有限元极限平衡法计算出的有效剪应力场可以直观反映滑动圆弧的存在区域,计算结果相对保守;浸润面的计算方法对于复杂土体而言影响有限;由于孔隙水压力的影响,水位差因素对于静力极限平衡法和有限元极限平衡法计算结果的影响呈现相反趋势;随着坡顶载荷增加,静力极限平衡法和有限元极限平衡法的计算结果趋势相同,但简化的Fellenius法的计算结果和有限元结果更加接近。     

基于双曲线型强度包络线的管桩挤土效应分析

假定管桩在沉桩时的挤土过程是一个圆柱形孔扩张过程.基于具有双曲线型强度包络线和圆孔扩张理论对管桩的挤土效应进行分析研究,分析了桩周土体的弹塑性力学行为,得到了应力场和位移场等表达式,并求得其塑性区半径、孔内最终压力.     

混凝土防渗墙对坝坡稳定作用机理的有限元分析

土石坝中建设防渗墙后,墙身会对坝体的渗流场和应力场产生一定的隔断作用,从而改变了相应的渗流场和应 力场,对坝坡的整体稳定产生影响。依托大型非线性有限元软件ABAQUS,运用有限元强度折减法,对增建防渗墙前后的 上、下游坝坡稳定安全系数进行比较分析,并引入计算收敛、土体位移、塑性贯通等3种失稳评价标准对比分析坝坡的安全 系数。分析得出：建设防渗墙后,上游坝坡的稳定安全系数有所降低,下游坝坡稳定安全系数增加,从而使得整个坝体的 稳定性得到提高。     

不同焊接顺序下加筋板变形及残余应力的三维有限元研究

针对焊接过程的二维有限元计算与实际情况存在一定差别的问题,使用三维热弹-塑性有限元法对不同焊接顺序下加筋板焊接过程进行了仿真,获得了加筋板焊接引起的温度场、位移场和应力场。结果表明：在4点约束条件下,加筋板横截面的变形为中垂变形,纵筋的变形为中拱变形,方案1横截面变形更小,方案2纵筋变形更小。焊接引起的加筋板残余应力主要表现为横向应力,其在近焊缝区为拉应力,达到材料屈服强度,远离焊缝区表现为压应力,达到0.2倍材料屈服强度。加强筋横向应力峰值出现在起弧端和收弧端,约为0.85倍材料屈服强度,纵向应力峰值出现在焊接起弧端,约为0.3倍材料屈服强度。在加筋板横截面位置,焊接顺序主要影响加强筋处的残余应力;在加强筋位置,焊接顺序主要影响纵向应力。每组焊缝同时同向焊接,且每根纵筋从左向右依次焊接的焊接方案产生更小的残余应力。     

基于裂纹最大张口位移的加筋板弹塑性断裂分析

为了快速方便地求取船舶加筋板塑性性能的两个重要参数—裂纹尖端塑性区半径（Ry）和裂纹尖端张开位移（CTOD）,文章提出了一种基于裂纹最大张口位移（MCOD）来确定加筋板的裂纹尖端塑性区半径和裂纹尖端张开位移的简便方法。该法基于理想弹塑性材料,以提出的裂纹最大张口位移与裂纹尖端塑性区半径及裂纹尖端张开位移的拟合函数关系为基础,考虑了模型尺寸效应、材料特性参数及外载荷的影响。文中还对不同裂纹长度、不同屈服极限条件、不同板/筋刚度比时方法的适用性进行了分析,研究表明：该方法能够消除裂纹长度、屈服极限和外载荷等因素的影响,适用于有限宽船舶加筋板的弹塑性分析。     

强度折减有限元法在加固桩基码头岸坡中的应用

分析了传统加固桩基岸坡的特点,运用强度折减理论和改进的有限元计算方法,以等效塑性应变区贯通时为岸坡破坏标准,对需要加同的码头桩基岸坡进行了稳定分析.结果表明,码头岸坡稳定性不足的主要原因是软弱土层在自重和堆货作用下的边坡失稳,提出了合理的加固方案,同时验证了该破坏判别标准是适宜的,能够在工程实际中加以运用.     

A simplified method for nonlinear failure analysis of stiffened plates

This paper shows that the application of pre-determined failure equations, derived from nonlinear finite element analyses, is effective in determining failure of structural components in a simpler linear finite element analysis. An analysis method is presented which is called simplified failure analysis. The first step of this method is the nonlinear determination of a component's failure limit. Next, a linear coarse-meshed finite element model of the component is analyzed under the failure load determined in the previous step. The resulting linear stress distribution is a ‘representative failure stress’ for the component because it is in equilibrium with the applied failure load. This ‘failure stress’ is then used in simpler linear analysis to provide a representative failure limit. This method is verified by an analysis of a structural grillage.     

桩板结构加固病害库岸挡墙稳定性研究*

采用Plaxis有限元分析软件,研究桩板结构加固病害库岸挡墙的稳定性,并定量分析了库岸挡墙整体稳定安全系数随水位的变化规律。结果表明采用桩板结构加固病害库岸挡墙能有效控制墙体变形,显著提高稳定安全系数。库岸挡墙的整体稳定安全系数并不随水位的升高一直降低,而是呈显著的下凹型,即在设计低水位和设计高水位间存在一个最不利水位,可以通过有限元方法进行搜索。该方法克服了因水位选择不当而错误确定挡墙最小安全系数的缺点,建议在重要水工结构计算中推广使用。     

杭－甬天然气管道沿线某高边坡稳定性分析与加固方案评价

基于弹塑性有限元和极限平衡理论,研究并评价杭-甬天然气输气管道沿线某高边坡的稳定性,并分析结构面的强度和工作环境对边坡稳定的影响。研究表明：该边坡目前处于蠕滑状态,如遇强降水时将发生急剧滑动;边坡排水和注浆补强皆能改善坡体内应力状态,提高边坡的安全储备,特别是两种方法同时采用可使边坡安全系数达1．61;然而,要消除边坡后缘坡面的拉张破坏必须增加其它工程措施。研究结果为合理选择边坡加固方案和后续的安全监测提供了很好的依据。