竖井地基的粘弹—粘塑性固结及有限元解

用1个带双屈服面的粘弹-粘塑性模型来描述软土的流变性状，并结合Biot固结理论对软土地基的固结沉降进行有限元分析。对竖井预固结地基进行计算，以预压所产生的沉降量及所引起的附加有效应力分别大于设计载荷所引起的最终沉降量和附加应力为终止预压的依据，计算取得了合理结果。     

桩基蠕变效应的计算分析

本文用轴对称有限元法分析了桩基的蠕变效应。用广义开尔文模型和宾汉姆模型来分别模拟土的粘弹和粘塑性状。推导了轴对称条件下桩土接触面及桩周土体的粘弹、粘塑性应变增量公式。在此基础上编制了轴对称弹-粘弹-粘塑性有限元程序,分析了桩基的沉降、承台的荷载分担作用,以及桩体的侧阻力分布等受蠕变的影响,比较系统地研究了桩基的蠕变效应。此外,还进行了桩土接触面的摩擦试验研究。     

地基弹塑性承载力安全性研究

随着对地基承载力理论研究的深入及大量工程实践的开展,暴露出弹性理论的诸多缺陷。基于弹-塑性理论,对以前学者的地基分类进行改进,推导出地基的临塑承载力、弹-塑性承载力以及极限承载力的公式,并且为了更好地进行地基土处于非线性变形阶段弹-塑性承载力的计算,提出了弹-塑性承载力利用率的概念;针对以前学者提出的危险度的概念,由于其不能在工程实际工程中很好地推广应用的缺点,给出了具有工程意义的弹-塑性承载力安全度Kep这一参数。结合工程实际说明只要Kep满足要求,地基土可用到非线性变形阶段,由此理论设计地基基础,造价将大大降低。     

粘土的粘塑性特性试验与三要素本构模型

研究了3种粘土的未扰动试样和重塑试样在三轴排水固结试验条件下的粘塑性。在试验过程中,利用计算机控制应变控制式三轴仪的加载速度,实现了在不同加载阶段的不同恒应变率加载。依据应力对应变率改变的响应程度对粘土的粘塑性进行了评价。实验结果表明,粘土的粘塑性表现为等时特性,并且经过一定时间的蠕变后,粘土强度会有较大地提高。并指出粘土的粘塑性应力-应变特性可以较好地采用非线性三要素模型对它进行描述。     

安顺电厂白云岩组残只土的工程地质性质及应用

安顺电厂残积土白云岩组经长期淋滤,溶蚀,风化作用形成的区域性特殊土,在塑性圈上位置居中靠下。工程性质具有粘粒含量高、容重小、含水量变化大、大孔隙、等基本特征,可作为部分建筑物天然地基特力层,作为填土须选择适宜的地基处理方案。     

一种用来预测岩石蠕变的流变硬化新模型

在岩石和岩体中,从较低的应力一直到接近强度峰值的高应力,都可能会出现时效变形。大多数类型的岩石,特别是软岩,在相当大的应力范围内,可逆的应变和不可逆的蠕变应变都同时存在。所以,需要一种可同时计算弹性应变和塑性蠕变应变的本构模型。本文采用岩土材料的硬化行为概念,提出了一种新的弹塑性-粘塑性硬化模型。对于短期瞬态变形,该模型具有非线性弹塑性硬化特点。该模型的非线性与当前围压相关,并且其硬化特性服从莫尔-库仑破裂准则。另一方面,对于延迟变形,粘塑性硬化元是用一个摩擦硬化摩尔-库仑滑块和一个黏壶并联而成。粘塑性硬化元被连接到一系列普通的粘弹性开尔文模型中。因此,可以得到长期变形的弹性-粘塑性硬化模型。我们把该模型的方程通过内置的FISH语句植入到数值有限差分代码(FLAC)中,然后应用到如文献所述的一系列的三轴和单轴测试试验中。我们通过对不同应力下瞬态变形和蠕变变形的预测检验了模型的潜在应用性。本文还针对数值结果和样品测试结果作了对比性讨论。     

车辆荷载作用下软土地基塑性变形的计算

对于低路堤公路,合理地预测车辆荷载引起的地基塑性累积变形对于低路堤公路的设计有着重要的意义。从机制上讲,可将地基的塑性应变分为塑性体积应变和塑性剪切应变。其中对于塑性体积应变,提出采用不排水条件下的残余孔压模型与一维固结理论相耦合进行计算;对于塑性剪切应变,考虑了塑性体积应变引起的土体硬化,提出了修正的塑性剪切应变计算模型。然后基于所提模型,对萧山黏土的不排水与排水条件下的动三轴试验进行模拟,初步验证了所提模型的有效性。对于实际工程问题,首先运用数值的方法求得车辆荷载在地基中引起的附加应力,然后运用所提模型计算各土层的塑性应变,再结合分层总和的方法求得地基的累积塑性变形。以日本佐贺机场1号测点为例,说明了模型在工程边值问题中的有效性。     

一种新的断裂计算方法

利用单元中嵌合无厚度不连续面的方法 ,模拟断裂面的形成过程。用虚功原理建立包含断裂面影响的有限元平衡方程 ;利用余虚功原理推导了断裂面的矩阵的具体形式 ; 以第一类断裂问题 -开裂问题为例 ,建立了开裂面粘塑性开裂本构关系,进一步得到了以弹粘塑性形式表示的有限元计算格式。 通过简单算例证明了该方法的正确性。     

土方开挖粘塑性模糊随机损伤机理研究

以基坑工程为例分析了开挖损伤演变的模糊随机性并建立了广义非确定性空间O：Б（s,f）。提出了初始损伤有效张量的概念模型,在“损伤源汇”概念基础上提出了模糊衰减模型,构造了粘塑性模糊随机损伤增量方程并实现了基坑开挖过程的模糊随机损伤模拟。在线性算子基础上提出了模糊随机损伤矢量极限值{Ωu},进而建立了以损伤有效张量为基础的粘塑性模糊随机损伤本构模型及粘塑性非线性模糊随机数值方法。在粘塑性模糊随机损伤有限元基础上建立了粘塑性模糊随机损伤变化率方程,实现了对基坑开挖过程中模糊随机损伤演变发展的全面模拟,完成了模糊随机卸荷损伤模型的构建。     

随机覆盖下堤坝填筑工程非线性可靠度理论研究

基于Mohr-Coulomb破坏准则下材料的非线性特征,结合粘塑性应力空间内破坏准则被有限超越期间的稳定时间步长,对随机数学覆盖下粘塑性数值算法的逻辑实现过程进行推导,在直接偏微分理论基础上建立了三维及平面应变条件下粘塑性非线性随机有限元的本构关系式,进而提出了基于全量理论的粘塑性非线性随机有限元列式,并以堤防填筑工程为例,分析研究了土质堤坝分阶段逐步填筑过程中的随机演化机理及堤坝结构的可靠度安全性,实现了堤防填筑工程的全程随机模拟。     

基础板厚度对减小不均匀沉降的算例分析

对弹性地基上不同刚度的基础板,利用弹性地基上梁的计算方法进行了不同集中荷载工况下的变形计算。根据计算结果,分析了基础刚度对于弹性地基上基础的最大沉降的影响以及刚度对于基础整体变形的影响。     

Rigid Foundations Resting on an Elastic Layered Soil

A rigid foundation of arbitrary shape resting on a stratified half space (soil), with specific geometrical and elastic properties for its horizontal layers, is examined under the action of a vertical load placed anywhere on the foundation area. On the basis of a purely analytical treatment of the deformability of the soil surface, i.e. without using a finite element discretization of the layered soil mass, a general method is developed in order to determine the contact soil pressures and the resulting settlements through an easily implemented numerical procedure. The possible presence of “inactive” foundation parts not being in contact with the soil surface is taken into account. Parametric studies are performed showing the influence of the variability of the soil layers, as well as of the vertical load location, on the contact pressures developed. In this context, for the cases of a rectangular and a circular foundation the area borders for the location of a vertical load are determined, either for the development of compressive soil pressures all over the footing (core), or for allowing the existence of some inactive part without contact with the soil (zero contact pressure), not exceeding the half of the total foundation surface (limit core).     

Time-Dependent Behavior of Diabase and a Nonlinear Creep Model

Triaxial creep tests were performed on diabase specimens from the dam foundation of the Dagangshan hydropower station, and the typical characteristics of creep curves were analyzed. Based on the test results under different stress levels, a new nonlinear visco-elasto-plastic creep model with creep threshold and long-term strength was proposed by connecting an instantaneous elastic Hooke body, a visco-elasto-plastic Schiffman body, and a nonlinear visco-plastic body in series mode. By introducing the nonlinear visco-plastic component, this creep model can describe the typical creep behavior, which includes the primary creep stage, the secondary creep stage, and the tertiary creep stage. Three-dimensional creep equations under constant stress conditions were deduced. The yield approach index (YAI) was used as the criterion for the piecewise creep function to resolve the difficulty in determining the creep threshold value and the long-term strength. The expression of the visco-plastic component was derived in detail and the three-dimensional central difference form was given. An example was used to verify the credibility of the model. The creep parameters were identified, and the calculated curves were in good agreement with the experimental curves, indicating that the model is capable of replicating the physical processes.     

弹性地基板的分析简化模型

将弹性半空间地基受任意竖向荷载作用下的静力位移积分变换解与弹性半空间地基上四边自由矩形板受任意竖向荷载作用的弯曲解析解相结合,建立了求解板下地基位移的方法。对一些算例进行大量数值计算分析,得出弹性半空间地基上四边自由矩形板板下地基水平位移和竖向位移的分布规律;并基于该位移分布规律,提出地基位移沿深度按一定的函数关系变化的假设,考虑板下地基水平位移,利用板地基系统的总势能最小原理,通过复杂的变分运算,得出弹性地基板的简化模型。在不考虑板下地基水平位移时,该模型退化成双参数地基模型,并给出了求解其上四边自由矩形板的近似边界条件。     

Prestressed Foundation Beams on Elastic Layered Soil

This paper develops a systematic procedure concerning the determination of the interaction of an arbitrary multistory frame with the elastic layered foundation soil by making use only of the soil surface deformational characteristics. The paper focuses on the response of the foundation beam through which the frame rests on the ground, showing the need for prestressing the beam in order to ensure better functionality. The investigation addresses the dual goal of excluding the undesirable cracked state of the beam and reducing its structural height together with the overall amount of reinforcement needed. A set of soil layered profiles is considered and it is investigated to what extent the required prestressing force depends not only on the soil deformational properties at hand, but also on the method of analysis used. The results are compared for both the elastic half-space and the Winkler’s method, taking into account either the whole structure stiffness, or the stiffness of the foundation beam only, as it is usually considered in practice.     

双参数地基上弹性板的动力分析

采用双参数地基模型和基于Mindlin板理论的8节点等参单元,根据Hamilton变分原理,推导了弹性地基上弹性板动力分析的有限元公式,将地基效应和板面质量分布归并到板的刚度矩阵和质量矩阵中,采用边界元法考虑板域外地基变形的影响。分析了四边自由矩形板的自由振动和强迫振动,计算的自由振动固有频率与实测结果相近,发生共振时板的强迫振动动力响应达到峰值,在给定的阻尼比条件下,无阻尼的稳态响应与有阻尼的稳态响应趋于相同,阻尼能够显著降低板的共振响应。     

双向增强复合地基沉降计算方法研究

将双向增强复合地基中的水平向加筋垫层视为具有一定刚度的地基梁,竖向桩体和桩间土体简化为一系列刚度不同的弹簧,考虑水平加筋垫层上下界面摩阻力的影响,基于Winkler弹性地基梁理论推导出水平加筋体的挠曲变形微分方程,并给出其幂级数半解析解,从而得到了双向增强复合地基在对称荷载作用下的沉降计算方法。通过与常规弹性地基梁法的比较验证了该方法的正确性。该方法可考虑水平加筋体筋材拉力对双向增强复合地基沉降的影响,研究结果表明,水平加筋体的设置有利于减少复合地基的沉降量     

风机梁板式桩筏基础承载特性大型模型试验研究

梁板式桩筏基础与传统桩筏基础一样具有较高的承载力和变形控制能力,且较传统桩筏基础能够节约成本,具有重要经济效应,因而成为了新兴的基础形式被应用于风电基础中。然而目前该基础仍采用传统桩筏基础的设计方法进行计算,造成了巨大的浪费。为了弥补目前梁板式风机基础设计方法的缺陷,采用大型室内模型试验对梁板式风机基础的受力变形特性进行研究,分析了竖向荷载作用下梁板式风机基础内梁、桩、土体等的受力机制及特性。研究表明,在工作荷载范围内,梁板式桩筏基础体系处于弹性状态,且梁板式桩筏基础具有一定的柔性,中央与边缘存在一定的差异沉降。桩-桩相互作用及桩-土相互作用对具有一定柔性的梁板式桩筏基础受力变形特性具有重大的影响,应该修正现行设计时不考虑这几个因素的缺点。     

基于Melan解的水平基床系数分析方法及工程运用

弹性地基法具有概念清晰、过程简单等优点在深基坑设计中广为运用,合理选择土体水平基床系数是弹性地基法的关键因素。以往地基水平基床系数多依靠于经验取值,一些学者也曾经尝试采用mindlin解等一些经典的弹性解来确定地基水平基床系数,但在参数的取值以及边界条件的确定方面均存在问题。根据反对称问题的特点,很好地解决了基坑开挖后的边界条件问题,使之符合弹性半空间理论,同时采用考虑应力状态和应力水平的土体参数,使得参数的选取更加符合实际情况。结合理论分析结果与应力路径试验结果,得到了与模量相关的水平基床系数计算方法。将计算得到的水平基床系数运用到杭州市地铁一号线试验段深基坑开挖工程中,并与实测结果进行比较,验证了计算方法的正确性,为杭州地铁后期设计计算、开挖施工提供了理论依据。该方法与传统弹性地基法相比,水平基床系数的取值有明确的计算方法,与连续介质有限元法相比,参数简单、计算简便、概念明确。     

重力坝沿建基面失稳破坏的真实安全度研究

采用强度储备系数法,对重力坝建基面破坏过程进行非线性有限元模拟,并分析了坝体地基弹性模量比和建基面应力分布状态对破坏过程和强度储备系数的影响。研究结果表明：破坏过程可划分为4个阶段：贯通率平稳期、加速期、短暂平稳过渡期、急剧增加失稳期。当弹性模量比一定时,应力状态越趋于均匀分布,大坝处于稳定状态时的强度储备系数越大,坝趾坝踵处的应力比值越大,大坝处于稳定时的强度储备系数越小;当建基面应力分布状态一定时,弹性模量比的变化不改变建基面的总体破坏特征,强度储备系数与弹性模量比成正比。综合考虑应力分布及弹性模量比的影响,给出了正常荷载作用下重力坝沿建基面失稳破坏的真实安全度取值范围为1.5～2.5。