基于袋装砂井排水固结法处理软基的沉降过程流固耦合模拟

在软土分布地区,高速公路的“桥头跳车”、路面开裂等一直是困扰工程建设者的最主要问题,而对软土路基的沉降过程进行模拟预测则是其中的难点。利用改进的剑桥模型,采用FLAC3D有限差分软件,以珠江三角洲某高速公路试验段的地层数据进行袋装砂井排水固结法处理软土地基沉降过程的流固耦合模拟,通过模拟结果来对比实际检测的应力、应变情况。结果表明,表面沉降和分层沉降的模拟值与实测值能很好地吻合,模型能较为真实地反映路基沉降变形的实际情况。     

加筋及灌浆联合处理软土地基在路基加宽中的应用和分析

提出了采用“土工合成材料加筋+路基注浆+桩支撑”系统的复合地基,并运用于软土地基上路基加宽。采用弹塑性有限元程序分析比较了路堤在加桩和不加桩情况下的沉降大小、不均匀沉降以及土体中的应力水平;特别是桩-土相互作用的计算分析与实测资料的分析比较。得出了一些相关结论,从而为工程实践提供了一定的理论依据。     

考虑起始坡降双层地基的大应变非线性固结

天然软土成层分布特性及土中渗流存在起始水力坡降的现象已被人们熟知。但变荷载下能同时考虑黏土中起始水力坡降、软土非线性压缩渗透特性及大应变特性的双层地基固结理论还鲜见报道。在拉格朗日坐标系中建立以超静孔压为变量的双层软土地基大应变非线性固结模型并给出其有限差分解。通过与考虑起始水力坡降的单层地基大应变非线性固结数值计算结果对比,验证了差分解的可靠性。着重分析了上、下土层起始坡降无量纲参数R1、R2对双层地基固结性状的影响,分析在大应变与小应变假定下双层地基超静孔压消散及固结沉降变形的异同。结果表明：上层土无量纲参数R1对双层地基固结性状的影响程度较下层土无量纲参数R2显著;大应变假定下双层地基渗流前锋的下移速度要快于小应变假定下的移动速度;大应变假定下考虑起始水力坡降的双层软土地基超静孔压消散速率要比小应变假定下快,且大应变假定下考虑起始水力坡降的双层地基最终沉降量要比小应变假定下大。     

竖井地基大应变非线性固结解析解

已有的研究表明,高压缩性软土的大应变及非线性固结特性对其固结具有显著影响。但目前能同时考虑两者影响的竖井地基大应变非线性固结解析解还鲜见报道。考虑高压缩性软土在固结中的大变形特性,应用双对数压缩渗透非线性模型描述软土在固结中的压缩渗透特性变化,基于Gibson大应变固结理论,建立竖井地基大应变非线性固结模型并获得模型的解析解。将所获得的解析解与竖井地基大应变非线性固结数值解及特定工况下小应变线性固结解析解进行对比,以验证所获解析解的可靠性。在此基础上,通过大量计算对不同工况下竖井地基非线性固结性状开展分析。结果表明：压缩指数I_c为定值时竖井地基固结速率随参数α减小而增大。α保持不变时竖井地基固结速率随I_c减小而增大。压缩渗透参数保持不变时,竖井地基固结速率随着外荷载的增大而加快,随着井径比增大而减慢。将所获解析解应用于深港西部通道口岸区填海地基处理的工程计算,表明理论计算的沉降曲线与实测曲线较为吻合,说明了所获解析解的工程可应用性。     

滨海软基上膜袋围堰稳定性分析及沉降预测研究

根据软土地基上膜袋围堰自身特性,考虑土工膜袋纵向抗拉强度的影响,建立了膜袋围堰整体稳定性分析模型,定量研究了土工织物膜袋抗拉力、袋内填充土体强度参数以及膜袋充填厚度对围堰整体安全系数的影响。对膜袋围堰场地进行了现场沉降观测,根据室内软土的固结试验和渗透性试验,结合观测数据对常值参数灰色模型预测方法进行修正,利用修正模型对围堰的长期沉降进行了预测。研究结果表明：围堰整体安全系数随着土工织物膜袋抗拉强度及袋内填充土体强度参数的增大显著增加;随着膜袋充填厚度增大,围堰整体安全系数先迅速降低,后趋于稳定。软土地基的固结特性与其长期沉降有紧密关系,实际预测时应根据不同软土的固结性质选取沉降预测模型,以提高预测精度。     

双曲线配合法在某路基沉降反分析中的应用

本文根据哈尔滨某公路路基实测沉降资料,应用双曲线配合法推算了地基土的最终沉降量,并用太沙基渗透固结理论反分析出地基中粘土层的平均固结系数和渗透系数。应用太沙基方法,将反算出的渗透系数计算路基沉降,结果比选用实验室测得的渗透系数计算的沉降更接近实际沉降值。     

真空预压地基沉降计算方法研究

采用单井地基等效圆内真空压力的平均值等效代替群井地基内部真空压力的平均值推求在K0固结条件下地基沉降计算方法。在原有考虑土体侧向变形（非K0固结）的地基沉降计算方法的基础上对体积应变修正系数进行了新的考虑与分析,提出平均体积应变系数的概念,认为考虑侧向位移的固结沉降应采用平均体积应变系数对公式进行修正。进行有限元计算分析,将理论计算值、有限元计算值、实测值三者进行比较分析,认为计算值合理、可靠。采用真空预压沉降计算方法进行沉降预测较为合理便捷,对真空预压设计有一定的指导和借鉴作用。     

软土地基海堤沉降的有限元模拟

围涂工程的海堤直接坐落在软土地基上,致使地基土受到挤淤、排水固结,产生了较大的沉降量。当前计算海堤沉降基本上按照规范规定以分层沉降总和法为主,辅以软土修正系数,对工后沉降要求结合固结计算和类似工程经验等综合分析确定,对不同的设计人员往往会产生较大的计算误差。如何准确判断海积软土在海堤荷载作用下的沉降变形往往是堤防建造和围海造地等重大工程中的关键环节。为研究海积软土的变形特性,在室内试验和实测沉降的基础上,采用plaxis有限元软件对实际的工程项目全过程施工的模拟,认为采用粘性土弹塑性模型对堤坝沉降变形进行平面应变情况的模拟,沉降模拟跟实测比较接近,并能很好地模拟工后沉降,能解决由经验判断产生的较大误差。     

砂井地基平面问题转换及其应用

考虑砂井地基的井阻和涂抹区效应,建立了轴对称砂井和平面砂墙之间 渗透系数以及几何尺寸的关系式,使砂井地基等效成平面砂墙处理。采用修正剑桥模型的二维平面应变Biot(比奥特）固结有限元对一高速公路塑料排水板路基的沉降预测,显示结果与实测沉降结果比较接近。     

软土地基上填土桥坡工后沉降三维有限元研究

采用适用于上海饱和软土的非线性粘弹塑性模型, 研制了三维有限元软件。 应用该软件对软土地基上填土桥坡的工后沉降进行了三维有限元研究, 并将计算值与实测结果作了比较, 认为软土路基的蠕变效应是造成桥坡工后沉降的主要因素。     

地基沉降大变形有限元分析的几何刚度效应

研究了基于完全拉格朗日（Total Lagrangian）描述的大变形有限元法分析地基沉降问题的几何刚度效应。在有限元列式的推导过程中严格考虑了土力学表述习惯的影响。通过算例分析,主要研究了几何刚度效应对荷载-沉降曲线的影响,并对比分析了不同率型大变形分析中的几何刚度效应问题。结果表明,几何刚度效应的存在减小了地基大变形有限元系统的刚度;忽略几何刚度效应将导致沉降计算结果偏小,在地基变形较大的情况下误差更明显,Truesdell率型大变形分析的最终沉降结果与小变形法的结果一致。几何刚度效应在地基大变形有限元分析中具有一定程度的影响,处理不当可能出现结构刚度增大的现象。大变形分析结果的性质偏于刚硬。     

高填石路堤参数进化反演研究

采用邓肯- 张非线性模型描述填石体的力学特性,引入遗传算法和有限元分析,建立了填石体本构模型参数的进化反演方法。最后结合某高填石路堤施工期实测沉降数据进行参数反演,并利用反演参数对类似断面进行了施工期沉降预测。结果表明,利用反演参数计算得到的施工期沉降值与实测值较为吻合,为制定合理的路堤填筑计划提供了依据。      

Correction of soil parameters in calculation of embankment settlement using a BP network back-analysis model

Finite element method (FEM) have been widely used for the calculation of settlement of embankment on soft soils in the last decade. However, due to the complexity of construction, spatial inhomogeneity of soils, as well as sensitivity of numerical results to the variation of soil parameters, large discrepancy typically exists between numerical outputs and field observations. This paper presents a novel method, combining FEM and an improved back-propagation (BP) neural network, for correction of soil parameters in numerical prediction of embankment settlement. Duncan–Chang hyperbolic soil model is adopted with the sensitivity of eight constitutive parameters numerically investigated. The soil parameters with large sensitivity are identified, and together with the representative settlements, are used for the training of the improved BP neural network which, once established, generates correction factors of soil parameters for subsequent more accurate FEM forward predictions. It is demonstrated that the proposed numerical back-analysis framework is very efficient in practical engineering applications to calculate highway settlement.     

高速公路路基性态反分析及沉降预报

本文用三元件粘弹性流变模型模拟路基土体的流变特性, 根据施工期实测资料, 采用粘弹性有限元和非线性二乘法阻尼优化方法, 反演路基土体的地质力学参数, 然后计算路面铺筑后的工后沉降, 编制了土体粘弹性有限元正反分析程序, 并对沪宁高速公路某路段进行了反分析计算, 得到了满意的结果。     

Direct back analysis by the meshless local Petrov‐Galerkin method and Bayesian statistics

This study presents a preliminary development of a direct back analysis procedure by the meshless local Petrov–Galerkin (MLPG) method and Bayesian statistics and the application of resulting procedure to characterize soil properties using laboratory results. As compared to direct back analyses that are based on the finite element method (FEM), it is intended to show that MLPG‐based direct back analyses may be more suitable for some kinds of characterization problems; for example, involving a complex subsurface stratification or the characterization of soil properties of just an inclusion of a soil profile. The existing MLPG method is first slightly modified to analyse time‐dependent problems. Using the resulting method, quantities to be characterized are evaluated so that they give numerical results as close to measured data as possible. The Akaike information criterion is introduced for simplifying the evaluation. A one‐dimensional finite strain consolidation problem is introduced to do an error analysis for prediction by the proposed MLPG method. Another example illustrates experiences of performing an MLPG‐based direct back analysis. Comparison of MLPG‐based and FEM‐based direct back analyses is taken. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

软土路基沉降实时建模动态预测

在路基填筑施工过程中,用多项式与时间序列AR组合模型预测其沉降变形发展。根据沉降观测值,采用统计分析方法识别和建立多项式预测模型,预测在某时期沉降趋势值;用平稳时间序列分析方法建立随机部分模型,并预测沉降随机部分值,二者之和即为某时期沉降预测值。随着新观测数据的不断加入,及时修改预测模型参数值,达到实时预测之目的。工程实例研究表明：组合模型预测值明显优于单一趋势模型预测值。组合模型一步预测误差绝对值大多数情况下小于5 mm。预测步数越多,预测误差则越大。     

上海市外滩防汛墙结构沉降的预测研究

以上海市外滩防汛墙改建工程为背景,依据外滩防汛墙多年的沉降观察资料,使用黏弹性有限元反分析,对未来防汛墙结构沉降进行预测。整理和分析了从1993年建成之时到2002年的结构沉降观测资料,选取了用于结构沉降反演计算和预测的典型断面和测点,并分别绘制了防汛墙结构沉降随时间发展的曲线。通过二维平面应变有限元正分析,确定了影响结构沉降的主要地层。基于外滩防汛墙二期结构沉降量测数据,采用黏弹性有限元反分析方法对防汛墙结构沉降进行反算,得到主要压缩土层的等效弹性模量,进而预测未来防汛墙结构沉降的发展趋势。其研究成果可为上海市防汛墙建设和技术管理工作提供依据。     

基于DE-FEM隧道反分析可视化平台研究及应用

针对传统反分析优化容易限于局部最小化以及反分析数据不直观等问题,引进一种新的全局智能优化算法（DE）,与应力回映的弹塑性非线性有限元（FEM）相结合,实现围岩弹塑性参数快速识别。基于可视化类库（VTK）对单元应力、应变和节点位移等结果数据进行图像显示,从而实现了隧道施工反分析EEOS高性能可视化平台。在介绍算法原理、程序设计基础上,介绍该系统在某工程的应用情况。应用表明,该平台计算收敛快速、识别精度高、结果直观,为隧道工程反分析提供了科学高效的途径。     

边坡变形破坏过程的大变形有限元分析

在用有限元法分析边坡稳定性时,引入计算大变形问题的更新的拉格朗日方法,推导了边坡大变形弹塑性有限元分析的方程式。采用边坡某一幅值的等效塑性剪应变区,从坡脚到坡顶贯通前的折减系数作为边坡安全系数。在此基础上,采用弹塑性大变形有限元分析软件计算了均质土坡不同坡角的安全系数,将其与小变形分析的结果进行了对比分析,结果表明：用弹塑性大变形有限元分析边坡失稳破坏的过程中,既考虑了岩土材料的非线性,又考虑了边坡的几何非线性,使计算结果更趋合理。并结合东深供水改造工程BIII2边坡进行了大变形有限元分析,计算结果与勘查到的实际边坡的滑动面分布位置比较接近。研究表明：该方法尤其适宜于软土类边坡或基坑的稳定性分析。     

基础沉降预测的Verhulst模型

目前,基础沉降随时间的变化关系一般通过渗透固结理论来计算,由于假设条件较多且影响渗透固结的因素复杂,计算结果常与实际观测值不一致。本文通过分析基础沉降的发生过程及Verhulst模型的特点,提出可以根据施工过程中的观测资料,运用Verhulst模型预测今后不同时刻基础的沉降量,预测实例表明,这一模型具有较好的适应性,可以运用到实际工程中。