突变理论与比能对比法推定既有基桩极限承载力的方法与应用

为进一步挖掘既有基桩竖向承载力,根据既有工程试桩荷载–位移曲线和基桩承载性状,应用最小二乘法原理推导出试桩的荷载–位移曲线方程,并拟合出荷载–位移曲线延伸段。在此基础上,为推定基桩竖向极限承载力,引用突变尖点法和比能对比法原理,将桩土系统比能作为突变判据,利用试桩荷载–位移曲线方程求得尖点突变比能曲线及突变点比能,并与桩侧土层平均抗剪强度进行对比,判别桩土临界破坏状态。研究表明,通过桩基比能函数方程形成桩顶变形–分级加载值曲线,根据突变理论,推定基桩竖向极限承载力,物理意义明确,可为既有基桩实际竖向极限承载力的推测和工程试桩最大加载值的确定提供理论依据。     

基桩极限荷载的确定及其预测

由基桩静载试验数据建立目标函数，用非线性最小二乘法求解该目标函数的极小值，从而得到基桩极限荷载值。这一方法不仅可用于对单桩极限荷载的精确确定，也可用于对单桩极限荷载的预测，计算实例表明，该方法是很有效的，具有较大的实用价值。     

基桩极限承载力的改进变步长灰色预测模型研究

在深入研究桩土相互作用机理及基桩极限承载力变步长灰色预测方法基础上,针对现有基桩极限承载力灰色预测模型之基桩Q-S曲线导数与背景值确定方法的局限性与不足,结合Q-S曲线发展规律,提出了基桩极限承载能力的改进变步长灰色预测模型与方法,并初步探讨了基桩极限承载力灰色预测方法的精度与可靠性。通过工程实例计算并与同类方法计算结果进行比较分析,表明了所建模型的合理性。     

水平谐振荷载作用下桥梁基桩的动力反应

针对桥梁基桩在施工和运营过程中不可避免承受动力作用的问题,在考虑桩顶承受轴向和横向静力荷载共同作用的基础上,将激振荷载简化为水平谐振荷载作用,并基于动力Winkler地基梁模型,将桩周土由一系列分布的彼此独立的弹簧和阻尼器所代替,建立桥梁基桩在瞬态荷载激励下的横向振动方程,求解基桩横向非线性动力学响应。在考虑桩-土接触和透射边界的基础上,引入有限单元方法建立基桩的二维非线性动力有限元模型,分析了基桩各项设计参数。计算结果表明：基桩桩顶位移大致随荷载频率的变化呈驼峰形,其位移量随着荷载振幅的增大而增加;基桩的自振频率随着长径比的增加而增大,且随着桩-土模量比的增加,自振频率有减小的趋势;增大桩径会增大基桩的受力,其对应的变形也将有所减小,且基桩的稳定性增加。     

斜坡基桩水平极限承载力及影响因素模型试验和数值模拟

斜坡上的基桩具有承重和阻滑的双重功能,其受力变形性状远比平地上的情形复杂。采用模型试验和数值模拟相结合的方法研究了其水平承载特性及影响因素。模型试验结果表明：临坡距对基桩的水平承载变形性能有较大影响。同一级荷载下,临坡距较大的桩身水平位移小于临坡距较小的基桩;临坡距较大基桩的临界荷载和极限承载力也大于临坡距小的基桩。数值模拟研究结果表明：基桩水平极限承载力随着斜坡坡比的增大而减小,随着临坡距的增大而增大,与模型试验的结果基本一致。对比分析了斜坡和平地基桩水平承载变形性能的差别,得出了可考虑坡比和临坡距的斜坡基桩水平极限承载力简便计算方法,可为有关规范的修订以及工程设计提供参考。     

用函数模型外推法预测抗拔桩极限承载力

在桩的抗拔课题中，极限抗拔承载力的确定是其重要内容。当抗拔试桩未加载至其破坏荷载时，根据已有的荷载位移数据，用函数模型外推法预测极限抗拔承载力具有理论意义和实践意义。以工程实例为基础，用Grapher4的曲线拟合功能，选用双曲线模型、指数模型和幂函数模型，成功预测出了极限抗拔承载力。通过结果比较，表明指数函数模型具有较好的预测精度。     

考虑加筋与遮帘效应计算群桩沉降的相互作用系数法

群桩中各基桩在地基土中的加筋与遮帘效应是客观存在的,然而,在目前的桩基沉降理论与实践中,相关的研究仍显不足。基于剪切变形法理论,考虑桩的加筋与遮帘效应,求得各基桩在自身桩顶荷载作用下产生的沉降以及其引起相邻桩的附加沉降量,由此提出群桩中任两桩的相互作用系数简化公式,同时,也得到各基桩桩侧及桩端桩-土接触等效弹簧刚度,并基于荷载传递法原理,建立了成层地基条件下各基桩在自身桩顶荷载作用下的桩身位移平衡方程,推导出各土层层顶处桩身沉降、轴力与层底处桩身沉降、轴力之间的递推关系,进而将公式推广到高、低承台群桩基础计算中。工程算例分析表明,用该方法计算有较高的精度,求得的荷载-沉降曲线及两桩相互作用系数与实测值吻合较好;相互作用系数要明显小于弹性理论计算结果。     

层状土中群桩非线性沉降的摄动分析

采用包含一个内变量的连续化St Venant模型,即连续的Masing-Iwan模型,模拟桩-土界面扰动区土体的非线性行为。基于两种分析单桩的荷载传递模型,假设桩-土-桩相互作用为弹性且服从叠加原理,推导出了适用于群桩中基桩的两种荷载传递新模型。采用荷载传递法建立了单桩和群桩的非线性控制方程,提出了近似求解该控制方程的摄动分析法,得出了单桩和群桩的荷载沉降和轴力分布方程。所得结果表明,在低荷载水平下严格趋近于弹性解;而在高荷载水平下,能够反映直到破坏阶段的桩的荷载-沉降特性。通过一个现场试验的理论预测结果与实测数据的对比分析,验证了方法的有效性和适用性。     

土体极限分析的基本方程与广义极限平衡法

对屈服条件与屈服函数的极值条件进行了讨论,在不需要流动法则的情况下建立了速度方程。平衡方程、屈服条件与屈服函数的极值条件、速度方程就是土体极限分析的基本方程。这样,对荷载、速度边界条件（包括荷载与速度边界同时存在）,均构成了完备的极限平衡问题。对边坡稳定问题的上、下限定理给出了严密的证明,并建立了求解极限平衡问题的广义极限平衡法,均质土的计算结果表明,圆弧滑动面的广义极限平衡法与对数螺旋面的上限解法基本一致。     

基于Copula函数的基桩荷载-位移双曲线概率分析

提出了基于Copula函数的基桩荷载-位移双曲线概率分析方法。首先将基桩标准化荷载-位移双曲线模型不确定性转化为双曲线参数不确定性,然后在Copula理论框架下建立了双曲线参数的联合分布函数。最后以钻孔现浇灌注桩试验数据为例证明了所提方法的有效性,并进行了基桩正常使用极限状态可靠度分析。结果表明：Copula函数是构造基桩标准化荷载-位移双曲线参数联合分布函数一种有效的方法,它能够更加准确地实现基桩荷载-位移双曲线的随机模拟,从而得到更为合理的可靠度结果。钻孔现浇灌注桩双曲线模型中两个参数间具有较强的负相关关系,忽略了这种负相关性将会高估基桩的失效概率。此外,常用的Gaussian Copula函数并不是拟合双曲线模型中两个参数间相关结构最优的Copula函数,采用Gaussian Copula函数将会明显低估基桩的失效概率。     

加权函数组合预测边坡变形模型的研究

边坡变形监测是边坡监测的主要内容之一,其变形预测问题是边坡工程中主要技术难题之一。考虑边坡位移变形预测模型的局限性,如神经网络预测方法需要大量的实测数据作为学习样本,灰色系统模型要求原始数据序列必须满足指数规律,且数据序列变化速度不能太快等。建立了边坡变形反向传播神经网络预测模型,同时给出了灰色GM(1,1)边坡预测模型。提出边坡的神经网络与灰色系统加权函数组合预测模型,采用动态规划解法,将原模型转化为多阶段决策问题,使组合预测误差的平方和最小,得到组合权重,这样得到的变形预测结果的精度将大大提高,弥补了单一方法的局限性,满足工程预测的需要。通过边坡实例加以验证,加权函数组合预测模型的预测结果精度有一定提高,能够与实际监测数据相吻合,达到准确预测的目的。     

A Method for Derivation of Compression Equation and Value of Degradation Exponent for Structured Soils

A method to derive a general equation for compression of structured soils is presented. It is shown that the general equation leads to the equation of compression for structured soils as proposed by Liu and Carter (Geotechnique 49(4):43–57, 1999). Using the compression characteristics of the structured and remolded soil, an equation is developed to determine a unique value for the structure degradation exponent term of the Liu-Carter equation. This equation is used to obtain the value of the structure degradation exponent of the Liu-Carter equation from the compression behavior of undisturbed and remolded Mexico City clay. The value of the exponent is used in the Liu-Carter equation to predict the compression behaviour of the clay. Excellent agreement is observed between predictions and experimental data.     

多孔介质非饱和导水率预测的分形模型

多孔介质非饱和导水率是地下水污染预测与评价的重要参数。根据分形几何的基本原理和方法,推导出了与Campbell经验公式在形式上完全一致的多孔介质非饱和导水率的预测公式。公式中的幂指数为介质孔隙分维和随机行走分维的函数,分别体现了多孔介质的静态性质与动态性质对其中水分运动的影响,但静态性质的影响是主要的,即导水率主要受多孔介质的结构控制。根据文献中报道的大量数据,利用笔者推导的预测公式计算得到的幂指数的统计值与试验测定的幂指数的统计值基本一致,说明推导的理论公式预测多孔介质非饱和导水率是较为可靠的。     

软土路基后期沉降推算方法及误差分析

以某高速公路软基处理断面实测沉降资料为基础,分别对应用较为广泛的7种后期沉降推算方法的精度及误差进行了比较分析。针对每一种推算方法,研究了计算时间起点和时间跨度对推算精度的影响,并探讨了各种方法的优缺点及适用性。研究表明,常用的双曲线法和指数曲线法的推算精度与推算的时间起点关系较大,建议以恒载期3～5个月后为时间起点,取较长时间的沉降资料进行推算,可有效提高推算精度;三点法、沉降速率法和新野法的推算精度较高,且与计算时间起点和时间跨度的关系不大,但都需要对原始观测数据进行特殊处理,计算较为复杂;Asaoka法的推算结果与实测值最为接近,其缺点在于无法对停止加载后某阶段的沉降进行推求。     

四阶差分法在高精度磁测中的应用

作者通过理论和试验工作,叙述了利用四阶差分的方法确定高精度磁力仪的噪声水平是可靠的,同时也表明四阶差分方法对观测结果中的错误数据进行判别是有效的。     

平衡悬沙剖面的新指数公式

基于扩散理论,分析了国内外主要平衡悬沙剖面公式自由面边界条件内在的不合理性及其原因,并结合常数型和线性型悬沙扩散系数的分布特征,应用几何平均法建立了平方根型的悬沙扩散系数表达式,推得了平衡悬沙剖面的新指数公式。通过收集、整理与分析大量水槽与河流实测悬沙资料,对提出的悬沙扩散系数和平衡悬沙剖面公式与van Rijn公式、张红武公式进行了分析比较。研究结果表明,新指数公式不仅对平衡悬沙剖面的刻画精度较高,而且具有表达式特别简洁、床面含沙量为有限定值和可直接解析积分的特点,既利于理论分析,又便于工程应用。     

热解色谱分析技术在伊犁盆地 铀矿床干酪根地球化学研究中的应用

利用伊利盆地砂岩型铀矿床干酪根热解色谱数据,计算获得氢指数、氧指数等重要指标,在此基础上,应用氢指数、氧指数划分了伊犁盆地铀矿床干酪根类型,再依据烃指数和产率指数对伊犁盆地铀矿床干酪根的成熟度进行了初步评价。     

西安地面沉降及地裂缝阶段预测

地面沉降及地裂缝可视其为复合地质灾害现象。二者性质不同,但就其发展阶段或单旋回过程而言,皆可将其归并于有限系统。本文讨论了西安市小寨地面沉降带的地质背景,建立了泊松旋回预测方程,论证了二者的演化规律及其盛衰阶段。引入指数函数法,进行了沉降阶段的对比研究。根据历史记录,讨论了西安地裂缝兴衰与我国陆块板内地震活动的对应关系。     

多孔介质中溶质有效扩散系数预测的分形模型

依据分形理论和方法,探索溶质在多孔介质中的有效扩散系数的替代预测方法。在多孔介质溶质扩散的弯曲毛细管束模型的基础上,以分形维数作为介质的基本几何特性参数,建立了多孔介质中溶质扩散的分形毛细管束模型,推导出了溶质有效扩散系数与介质孔隙度之间的幂定律关系式,幂指数是介质孔隙分维和表面分维的函数,反映了介质孔隙体积的层次分布与孔隙通道曲折程度对扩散的影响。对粘性土的分形维数测定数据和有效扩散系数试验测定数据的分析表明,利用该关系式预测多孔介质中溶质的有效扩散系数是较为准确可靠的。     

二次多项式逐步回归在油田压裂产能预测中的应用

在油田勘探与开发过程中,为了改造低渗透性油层大幅度增加产油能力,目前广泛采用对油层进行水力压裂措施。所谓水力压裂,就是用高压(200—1400大气压)将一定粘度(1—10000厘泊)的液体从油井的套管或油管中以油层能吸收的速度(1立方米—40立方米/分)压入。这样的压入速度,促使井筒内的压力超过地层的压缩应力和岩石的张力强度而出现破裂,形成一条或者一组裂缝。继续注入压裂液,将迫使裂缝进一步延伸和扩展。