输电线路岩石嵌固基础抗拔试验及数值模拟分析

为了研究全风化-强风化地区岩石嵌固基础抗拔性能及土体破坏模式,基于安徽省太湖县岩石嵌固基础抗拔性能现场试验,结合数值模拟对不同埋深、不同型式的岩石嵌固基础的抗拔性能进行分析。发现在基础埋深较浅时,坛子型和掏挖型基础抗拔性能及土体破坏模式大体相近;当基础埋深较深时,掏挖型基础抗拔性能明显优于坛子型。同时,对两种基础型式的经济效益进行比较分析,研究结果表明:掏挖型嵌固基础抗拔性能更优,同时具有更好的经济性和环保性,推荐在风化性较强的岩石地基输电线路工程中推广应用。     

扩底桩抗拔承载特性数值分析

基于通用软件ABAQUS,建立了扩底抗拔桩三维弹塑性有限元模型,通过对模型的计算与分析,探讨了扩底桩的抗拔承载特性。为验证数值模型的可靠性,将数值计算得到的荷载－位移关系曲线与试桩资料进行比较,两者吻合较好,表明本文所建立的模型可较好地模拟扩底抗拔桩的工作性状。通过计算与分析,探讨了扩底抗拔桩的轴力、侧摩阻力分布特征,桩身和扩大头周围土体变形与塑性应变的发展规律,以及扩大头的挤压作用对扩大头周围土体竖向应力的影响。同时,通过变动参数研究了扩大头的形状、土体的性质对扩底桩抗拔承载力的影响,结果表明,扩大头直径和扩大头周围土体的性质对抗拔承载力的影响较大,而扩底高度的影响相对较小。     

桩土界面参数对单桩极限承载力的影响

桩土相互作用效果是研究桩基础的关键因素,而桩土界面参数的确定极大的影响了该界面的性质.为了探明桩基础在不同的界面抗剪强度指标下的强度特性,依托巢湖市滨湖景城安置房工程,以有限差分软件FLAC3D为平台,采用两种荷载传递模型对比分析了不同界面黏聚力与内摩擦角对单桩极限承载力的影响规律.研究结果表明:在FLAC3D中采用双...     

PCC桩水平承载特性足尺模型试验与数值模拟

通过进行大型模型槽足尺模型试验,根据桩身变形和柱身弯矩的试验结果,分析了水平荷载作用下现浇混凝土大直径管桩（以下简称PCC桩）的水平承栽特性和桩-土共同作用性状。采用大型通用有限元软件ABAQUS对PCC桩的水平承载特性进行了数值模拟,计算结果与试验结果符合得较好,并进一步探讨了PCC桩水平承载特性的主要影响因素。结果表明：表层土体的弹性模量对水平受力性状影响较大,表层土体的厚度对桩身水平位移也有较大影响,因此可以通过改良表层土体来控制桩身水平位移,以达到工程设计要求;土体强度参数对水平承载特性也有影响,尤其是内摩擦角和粘聚力较小时更为明显。     

花管土钉抗拔力学模型研究

花管土钉已被广泛应用于基坑工程中,但其抗拔承载机理尚不明确。根据花管土钉的支护原理,分析其三种破坏形式,提出花管土钉的四个受力阶段;基于库仑土压力理论,将滑动土体上方看作均布荷载,推导出花管土钉极限抗拔承载力的计算公式;结合兰州某基坑实例,将《建筑基坑支护技术规程》中的花管土钉极限抗拔承载力计算方法与本文计算方法进行拉拔试验,并对结果进行对比分析。研究表明：花管土钉的破坏模式主要为花管杆体被拉断、出浆锚固体被剪断及出浆锚固体前端土体变形过大;花管土钉的四个受力阶段包括静止阶段、塑性区产生阶段、塑性区扩张阶段和破坏阶段;在花管土钉极限抗拔承载力的组成中,出浆锚固体提供的抗拔力所占比重随花管埋深的增大而显著增大,是花管土钉极限抗拔承载力的重要组成部分。     

铁尾砂抗剪强度参数随固结度变化规律研究

为了探究铁矿尾矿砂抗剪强度参数随固结度的变化规律,分别对不同固结度、不同干密度的铁矿尾矿砂进行三轴固结不排水试验(CU试验),以总应力法和有效应力法得到尾矿砂的抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。分析表明,对于同一干密度的尾矿砂,随着固结度的增加,抗剪强度指标及有效抗剪强度指标均逐渐增加。固结度的变化对黏聚力c及有效黏聚力c′影响较小,对内摩擦角φ以及有效内摩擦角φ′影响较大。φ及φ′随着干密度的增加成线性增长趋势,且不同固结度下的γd-φ曲线、γd-φ′曲线拟合度较高。因此,在尾矿坝稳定性评价及安全管理中,考虑尾矿砂的抗剪强度随固结度的不同而变化,可使尾矿坝稳定性分析更符合实际情况。     

干湿循环下含盐量变化对遗址土剪切强度影响的试验研究

中国西北干旱和半干旱地区集中降雨和强烈蒸发的特殊气候环境加剧了对土遗址的破坏。以掺入不同含量Na2SO4和NaCl的重塑土样为研究对象,通过室内模拟开放系统下干湿循环过程,并采用声波测试,反映含盐类遗址土在干湿循环下的劣化过程;测试多次循环后的遗址土剪切强度随含盐量的变化规律,并从盐类性质及波速两方面分析了干湿循环对遗址土剪切强度的作用机理。结果表明:在含水率一定的情况下纵波波速随干湿循环次数的增加而减小;干湿循环后的土体黏聚力随着盐分含量的增加呈下降趋势,内摩擦角则出现先增大后减小的现象;纵波波速与黏聚力随着含盐量的增长整体变化趋势有较好的相关性,与内摩擦角的相关性则表现为纵波波速的间断性和内摩擦角阶段性的契合。     

基于柱形孔扩张大应变理论的劈裂灌浆压力研究

用劈裂灌浆防渗加固技术来改进坝体的稳定性,是非常有效的加固堤坝的方法。基于柱形孔扩张理论,考虑大变形分析,假定灌浆孔周围土体服从广义SMP准则,通过理论计算得到劈裂灌浆压力的解析解,进而分析了土体内摩擦角和粘聚力对灌浆压力的影响。结果表明,内摩擦角对灌浆压力的影响较小,而粘聚力的影响则较为明显。所得结论为劈裂灌浆加固工程提供了理论依据。     

基于三轴试验红层泥岩的邓肯-张模型参数研究

兰州地区红层泥岩形成于干旱、半干旱环境,其物理力学特性与其他地区的红层泥岩不同。以G6京藏高速兰海养护维修工程的红层泥岩路基填料为研究对象,通过大量的常规三轴试验,研究含水率对其力学特性及邓肯-张模型参数的影响。结果表明:在不同含水率下兰州地区红层泥岩的应力-应变曲线关系符合双曲线模型。含水率小于最优含水率时,破坏形式为剪切破坏;含水率大于最优含水率,破坏形式为鼓状破坏;随着含水率的增加,黏聚力和内摩擦角逐渐减小,内摩擦角减小的幅度更大,究其原因是含水率对黏聚力和内摩擦角的影响机理不同而导致。采用数学模型进行拟合发现:黏聚力、内摩擦角与含水率分别呈二次抛物线与对数曲线关系。不同含水率下邓肯-张模型参数破坏比R_f在区间(0.869,0.984)内波动,K值随含水率增大而减小呈负线性关系,n值随含水率的增大而增大呈线性关系。     

基于双曲线模型的冻土中锚杆荷载传递特性研究

为研究不同冻结温度及含水率对冻结粉土中锚杆抗拔性能的影响,根据冻土与混凝土接触面的力学特性和变形规律,采用双曲线模型描述锚杆-冻土接触面的剪切特性。基于荷载传递法,建立考虑温度和含水率影响的锚杆荷载传递方程,采用有限差分法进行求解,得到锚固段的剪应力、轴力及承载力计算式;通过ABAQUS数值模拟验证荷载传递方程的合理性,结合算例分析表明：冻土中锚杆抗拔承载力大于常温土,且温度越低承载力越高;在相同荷载作用下,冻土温度越低,轴力沿深度衰减越快,剪应力分布越不均匀;相同冻结温度下,锚杆承载力随含水率的增大呈先增大后减小的趋势;增加锚固体直径能有效地提高锚杆的极限承载力。     

灌溉后的黄土剪切特征变化

在中国甘肃省的黑方台阶地上从上世纪60年代开始出现人类定居和开垦活动,并自1968年发展为灌溉农业。随着灌溉的进行地面已出现沉陷和滑坡。地表沉陷是由灌溉水的充填引起黄土结构崩塌造成的。然而崩塌和湿润化对剪切特征的影响目前还不清楚。为了研究湿化后的黄土剪切特征的变化,进行了对马兰黄土未经扰动和重塑土样的直接剪切盒测试。结果显示未扰动土样的粘合力和内摩擦角在湿润化后都下降了,而所观察到的重塑土的弹度参数只有少许变化。未扰动土的不饱合粘合力,据认为其受胶结物质的影响,在饱合后消失了。经灌溉的土的不饱合强度参数与未灌溉土相比表现出差异,它们可能受土壤水分的强烈影响。     

Shear strength of frozen clay under freezing-thawing cycles using triaxial tests

Using a new low-temperature dynamic triaxial apparatus, the influence law of freezing-thawing cycles on clay shear strength is studied. In this research, the concept of correction coefficients of freezing-thawing cycles on clay static strength, cohesion and internal friction angles is proposed, and the change patterns, correction curves and regressive formulae of clay static strength, cohesion and internal friction angles under freezing-thawing cycles are given. The test results indicate that with increasing numbers of freezing-thawing cycles, the clay static strength and cohesion decrease exponentially but the internal friction angle increases exponentially. The performance of static strength, cohesion and internal friction angles are different with increasing numbers of freezing-thawing cycles, i.e., the static strength decreases constantly until about 30% of the initial static strength prior to the freezing-thawing cycling and then stays basically stable. After 5–7 freezing-thawing cycles, the cohesion decreases gradually to about 70% of the initial cohesion. The internal friction angle increases about 20% after the first freezing-thawing cycle, then increases gradually close to a stable value which is an increase of about 40% of the internal friction angle. The freezing-thawing process can increase the variation of the density of the soil samples; therefore, strict density discreteness standards of frozen soil sample preparation should be established to ensure the reliability of the test results.     

小应变硬化土模型参数的确定与敏感性分析

地下工程施工引起的土体扰动区可分为剧烈扰动区、扰动区、微扰动区和未扰动区。为全面反映土体在扰动下的应力路径和力学响应,必须考虑全应变范围的土体特性,尤其是小应变范围内的力学响应,因此对小应变硬化土本构模型关键参数(初始剪切模量和剪应变阀值)的确定方法进行介绍。开展上海典型软土的三轴固结排水剪切试验和固结试验研究,给出确定上海软土小应变硬化土模型(HSSmall)参数的方法,建议采用原位测试的方法确定土体的初始弹性模量。基于土单元数值模拟进行初始弹性模量和剪应变阀值的参数敏感性分析。随着初始弹性模量的增大,初始压缩曲线与卸载-再压缩曲线的斜率均增大。由于对应的回弹模量不变,初始弹性模量与回弹模量的差值增大,应变与偏应力试验曲线的回滞环宽度也随之增大。随着剪应变阀值的增大,初始压缩曲线和再压缩曲线的近似直线段增长,在同样剪应力情况下,土体的应变值减小,土体保持初始弹性模量刚度的区间增大。     

重力式挡土墙地基抗震承载力探讨

高烈度地震区重力式挡土墙由于地基承载力不足导致墙身失稳是一种较常见震害类型。基于拟静力法原理,利用极限分析上限定理对地震作用下挡土墙地基极限承载力进行求解,通过典型算例分析了极限承载力随地震动峰值加速度的变化关系与机理,讨论了地基土强度参数对其变化趋势的影响,提出了同时考虑设防烈度和地基土性的挡土墙地基抗震容许承载力修正方法及相应修正系数取值建议。结果表明:设防烈度在9度及以内时,随着地震动峰值加速度增加,挡土墙地基极限承载力近似呈线性下降,下降速率与地基土黏聚力呈负相关性,而受内摩擦角的影响不显著;地震作用加剧挡土墙基底荷载倾斜与偏心导致地基破坏区缩减是造成极限承载力下降的主要原因;设防烈度大于7度时,挡土墙地基抗震容许承载力较天然工况下有所降低,8度和9度设防烈度对应的修正系数约为0.9和0.7。     

土遗址土动力特性

通过动三轴试验和数值计算,分析甘肃河西地区原状、重塑土遗址土的动模量、阻尼比、抗剪强度和土遗址在破坏地震作用下的动力响应。结果表明：弹性范围内,原状和重塑土遗址土动应力σ_d和动应变ε_d呈非线性关系且符合双曲线模型,动弹性模量E随ε_d的增大而减小,二者初始动弹性模量E₀和剪模比G/G₀差别很小,剪模比曲线基本重合;剪应变γ取值范围相同时,重塑土阻尼比λ随着γ的增大趋势高于原状土;相同实验条件下,原状土遗址土内聚力略高于重塑土。夯实加固法一定程度上恢复了土遗址强度,但当破坏地震来临时,其整体的抗震性能还有待加强     

寒区黏土与结构接触面冻结强度特性试验研究

寒区土与结构接触面冻结强度可以视为是与土性、温度、含水量、界面粗糙度、法向压力等诸多因素直接相关的复杂函数形式,并直接影响到上部结构的承载能力及稳定性。以青藏高原黏土与不同粗糙度的钢板结构接触面为研究对象,通过不同含水率、不同温度及不同法向压力下冻结黏土与钢板结构接触面的直剪正交试验,研究土与结构接触面冻结强度的影响因素及影响程度大小,并对冻结强度的变化规律进行初步分析和探讨。研究结果表明含水量对抗剪强度的影响最大,在不同影响因素共同作用下,界面抗剪强度最小值为0.13 MPa,最大值为0.45 MPa。界面抗剪强度随含水量的增加、温度的升高而明显降低,随界面法向压力和粗糙度的增大呈明显增大趋势。界面强度基本可通过摩尔-库仑准则,利用界面的黏聚力和内摩擦角进行表示,并在文中给出了界面强度的参考值。     

Seismic fragilities of non-ductile reinforced concrete frames with consideration of soil structure interaction

Seismic fragilities of buildings are often developed without consideration of soil-structure interaction (SSI), where base of the building is assumed to be fixed. This study highlights effect of SSI and uncertainty in soil properties such as friction angle, cohesion, density, shear modulus and Poisson's ratio and foundation parameters on seismic fragilities of non-ductile reinforced concrete frames resting in dense silty sand. Three-, five-, and nine-storey three-bay moment resisting reinforced concrete frames resting on isolated shallow foundation are studied and the numerical models for SSI are developed in OpenSees. Three sets of 10 ground motions, with mean spectrum of 100, 500, and 1000 yr return period hazard level (matching EC-8 design spectrum), are used for the nonlinear time history analyses. An optimized Latin Hyper Cube sampling technique is used to draw the sample of soil properties and foundation parameters. The fragilities are developed for the fixed base model and SSI models. However, the fragilities that incorporate the soil parameter and foundation uncertainties are only slightly different from those based solely on the uncertainty in seismic demand from earthquake ground motion, suggesting that fragilities that are developed under the assumption that all soil and foundation parameters at their median (or mean) values are sufficient for the purpose of earthquake damage or loose estimation of structures resting on dense silty sand. But the consideration of the SSI effect has the significant influence on the fragilities compare to the fixed base model. The structural parameter uncertainty and foundation modeling uncertainty are not considered in the study.