交通荷载作用下Kelvin地基上不平整路面的动力响应分析

为了评价不平整路面在交通荷载作用下的动态响应,从路面几何不平整出发,假设路面不平整服从正弦函数曲线,并把1/4车身结构简化为2个自由度振动体系,得到了不平整路面上的动荷载表达式。又将此荷载模式看成是作用在Kelvin地基上无限大路面板表面的移动矩形荷载,采用双重Fourier变换方法得到了不平整无限大路面板竖向位移的积分形式解,此解析解可以退化为静荷载作用下的经典解答。并利用快速傅立叶变换(FFT)方法得到了数值计算结果。分析了荷载速度,路面不平整波长、不平整幅值以及地基阻尼和地基刚度对板的动力响应的影响。结果表明,板竖向位移的分布受荷载移动速度的影响;位移幅值随着路面不平整波长和荷载速度的变化出现2个峰值;路面不平整使得位移峰值出现滞后现象,且不平整波长越小或不平整幅值越大,滞后现象越明显。     

偏心荷载作用下软弱下卧层承载力验算方法研究

以均布荷载作用下软弱下卧层竖向附加应力的简化计算方法为基础,导出了偏心荷载作用下软弱下卧层竖向附加应力的简化计算公式,并提出偏心荷载作用下软弱下卧层承载力验算的基本原则。     

海上风电桩基础竖向承载力循环弱化简化分析

提出了一个考虑循环衰减作用的软黏土弹塑性损伤弱化模型,在此模型基础上建立了一个基于剪切位移法的单桩竖向承载力简化计算方法,并利用大型有限元软件进行了不同循环荷载水平下单桩竖向承载力的计算。为了证明简化方法的准确性与有效性,将计算结果与有限元计算结果进行对比,二者的吻合度较高。先期循环荷载能引起单桩竖向承载力弱化,并且弱化程度随先期循环荷载水平的增加而增加。最后将简化方法应用于某海上风电场桩基础承载力的计算中,结果表明,提出的简化方法可应用于实际工程问题的分析。     

基于两阶段法的堆载对公路桥梁桩基础影响分析

首先基于布西奈斯克解,将表面作用有集中荷载时半无限弹性体的应力变形解在荷载作用区域利用复合辛普森公式进行数值积分,得到了表面处于不同形式的分布荷载作用下土体自由场水平及竖直方向应力和变形的计算公式。结合有限差分法及Mindlin位移解分别推导出弹性地基中桩顶作用有集中荷载时单桩桩、土单元的位移,两者结合便得到主动桩的分析方法。通过将堆载作用下的土体自由场位移施加于桩上把上述自由场分析及主动桩分析结合起来,推导出堆载作用下被动单桩的竖向和水平向承载特性的分析方法。选取地表附近作用有矩形均布荷载的计算工况,通过与有限元计算结果的对比验证了所提出的分析方法的正确性;将所提出的方法计算结果与某处工程案例中实测数据结果进行对比,分析表明利用该方法分析堆载对邻近桩基的水平及竖向影响是合理可靠的。     

竖向圆形荷载作用下弹性地基半空间问题的解析解

竖向圆形荷载作用下弹性半空间问题的位移和应力解是桩基分析的基础。利用Hankel积分变换,首先导出了弹性地基半空间位移与应力的积分形式的通解。通过适当地引入边界条件和界面位移和应力的连续条件,求得了内部作用竖向圆形荷载时弹性地基半空间位移与应力的积分形式解。在此基础上,给出了不同深度处荷载作用投影范围内竖向位移和竖向正应力的平均值。数值结果验证了解析解的正确性。     

利用重构原理计算应力-应变场的数值方法

根据重构原理,提出一种以边界载荷力和边界位移及几何约束为已知条件,计算内部应力应变场的数值方法。该方法将应变分量表达成线积分形式,借助处理线积分的数学手段,达到计算内部应力应变场的目的。     

带帽刚性桩复合地基荷载传递机理研究

为了研究带帽刚性桩复合地基荷载传递机理,基于弹性理论和合理假定,采用荷载传递函数法,建立了带帽刚性桩复合地基中桩体沉降及其轴向应力、桩帽下土体竖向位移及其竖向应力、桩帽间土体竖向位移及其竖向应力、桩身侧摩阻力、桩帽边缘土体之间的侧摩阻力与荷载水平、深度之间的控制微分方程。采用微分方程的近似解法,推导出相应地解析表达式。利用桩体荷载沉降关系作为已知条件进行求解,计算结果能够反映带帽刚性桩复合地基荷载传递的一般力学性状规律。     

简谐线源荷载作用下热流固耦合地基的动力响应

基于Biot波动理论和广义热弹性理论,对简谐线源荷载（力荷载和热荷载）作用下的热-流-固耦合地基的动力响应问题进行了研究。将地基看成是均质各向同性、完全饱和的多孔半空间介质,利用无量纲化和Fourier变换方法对热-流-固耦合控制方程进行简化,得到了变换域内应力分量、位移分量、温度分布及超孔隙水压力的一般解,并利用Fourier逆变换得到了相应的积分形式解答。通过数值计算对按热-流-固耦合理论、饱和多孔弹性理论和热弹性理论得到的结果进行了比较,同时分析了热-流-固耦合条件下热荷载激振频率对竖向应力、竖向位移、温度分布以及超孔隙水压力的影响。     

黏弹性地基上路面板在多轮荷载作用下的响应分析

将内配纵向钢筋的路面视为置于黏弹性Winkler地基上的正交各向异性薄板,假设板在荷载运动方向上为无限长,车辆轮载被简化成包含自振频率的矩形均布移动荷载。应用三角级数及Fourier变换方法,得到了单轮荷载作用下路面竖向位移的表达式。在Fourier变换域内,利用叠加原理分别得到了前后双轮荷载和平行双轮荷载作用下路面竖向位移的解析解答。在此基础上,推导出连续配筋混凝土路面上受4轮车辆荷载作用时轮载附近位移的稳态响应表达式。利用数值积分方法对表达式进行Fourier逆变换,得到了数值结果,并全面地分析了多轮荷载作用时荷载间距、相位差、荷载速度、频率、地基阻尼以及配筋率对路面竖向位移响应的影响。     

弹性矩形板下横观各向同性多层地基分析

利用弹性矩形板与多层地基表面的竖向位移协调条件与光滑接触条件,由横观各向同性多层地基应力与位移非耦合的传递矩阵解,推导出弹性矩形板下竖向应力和位移的解析解。在此基础上,编制了相应的程序,并进行了数值计算。计算结果表明：矩形板刚度对板底竖向位移及板中心下的竖向应力有着较为显著的影响;板底竖向位移及板中心下的竖向应力随着板刚度的增加而减小,相同荷载作用下横观各向同性地基与均匀各向同性地基模型的计算结果差异较大,实际工程中很有必要采用更符合土体性质的横观各向同性地基模型     

埋置简谐扭转荷载作用下广义Gibson饱和地基动力响应

考虑地基为饱和半空间,研究了广义Gibson饱和地基内作用简谐扭转动荷载时地基的动力响应问题。从Biot饱和地基固结理论出发,结合扭转振动的特点,建立了剪切模量随深度线性变化的饱和地基扭转振动的动力微分方程,通过Hankel变换求解此微分方程,给出了Hankel变换域内的切向位移和剪应力关于待定系数的表达式。根据饱和地基表面为自由表面,荷载作用面位移连续、剪应力差等于动荷载大小,波的辐射条件等边界条件求解出待定系数,借助Hankel逆变换给出地基内的位移和应力的表达式。通过数值算例研究发现:在同一水平面内,地基内的切向位移和剪应力曲线的实部和虚部都呈现出非常明显的波动变化规律;在竖向平面内,动荷载作用面上部区域内随深度逐渐增大时,地基内切向位移和剪应力曲线的实部逐渐增大,而在动荷载作用面下部区域则正好相反;扭转动荷载的影响范围主要是荷载作用面上下2倍半径区域。     

交通荷载引起的主应力轴旋转室内试验模拟探讨

为了通过室内试验研究交通荷载引起的主应力轴旋转对土体循环特性的影响,以单个移动荷载和列车荷载为例,分析了主应力轴旋转特点。以此为基础,结合空心圆柱仪的加载特点,给出了室内模拟主应力轴旋转的加载方法。竖向动应力可以用具有静偏应力的正弦荷载模拟,动剪应力可以用正弦荷载模拟,两者的相位差为 。为了模拟交通荷载引起的主应力差变化的特点,两种动应力的幅值应该是不同的。当试验中施加无应力反向的竖向动应力时,大主应力夹角在 ～ 和 ～ 之间变化。     

基于振动台试验的加速度积分位移方法可靠性研究

土体应变变形是土工测试技术的重要难题之一,加速度积分位移是目前动荷载下原位监测和模型试验中认识土体剪应变响应的一种普遍方法,但缺乏验证与可靠性研究。设计砂质边坡?摇臂?质量块振动台模型试验,实测两地震荷载下多组工况的质量块加速度与位移响应时程,探讨了4种代表性方法求解动态、永久位移的可靠性及偏转影响。结果表明,动态位移求解采用高通滤波是一种可靠途径且受积分方式影响较小,各方法在动态位移工况中积分位移与实测相比,峰值平均误差小于等于25%;双拟法积分位移发生严重偏离,与函数形式和处理过程相关。永久位移求解采用高通滤波导致加速度低频成分缺失而无法得到永久位移;双拟法积分位移与实测相比吻合较好,两地震荷载中误差分别为7%和5%;偏转对动态位移求解可靠性影响较小,但对永久位移影响严重,双拟法呈现发散而失真。试验方法与结论,对认识加速度积分位移求取土体剪应变的可靠性和合理选取数据分析方法具有重要科学价值和指导意义。     

Soil‐pile interaction in the pile vertical vibration considering true three‐dimensional wave effect of soil

The dynamic response of an end bearing pile embedded in a linear visco‐elastic soil layer with hysteretic type damping is theoretically investigated when the pile is subjected to a time‐harmonic vertical loading at the pile top. The soil is modeled as a three‐dimensional axisymmetric continuum in which both its radial and vertical displacements are taken into account. The pile is assumed to be vertical, elastic and of uniform circular cross section. By using two potential functions to decompose the displacements of the soil layer and utilizing the separation of variables technique, the dynamic equilibrium equation is uncoupled and solved. At the interface of soil‐pile system, the boundary conditions of displacement continuity and force equilibrium are invoked to derive a closed‐form solution of the vertical dynamic response of the pile in frequency domain. The corresponding inverted solutions in time domain for the velocity response of a pile subjected to a semi‐sine excitation force applied at the pile top are obtained by means of inverse Fourier transform and the convolution theorem. A comparison with two other simplified solutions has been performed to verify the more rigorous solutions presented in this paper. Using the developed solutions, a parametric study has also been conducted to investigate the influence of the major parameters of the soil‐pile system on the vertical vibration characteristics of the pile. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

地震作用下边坡安全系数时程计算及参数研究

提出了一种计算地震作用下边坡动力安全系数时程的方法,该方法以动力有限元时程分析得到应力场,再使用遗传算法搜索每个时刻下的临界滑裂面,进而确定其安全系数,从而得到边坡在动力作用下的安全系数时程,物理意义明确。通过在基岩输入不同周期的正弦波加速度,研究了动力作用周期对安全系数时程的影响,发现相同加速度幅值下周期越大安全系数越小,安全性越低。与边坡自振周期和振型比对后发现,地震波周期与边坡自振周期耦合引起的动力响应增大,不仅与周期耦合相关,还与相应的自振振型相关,只有与以坡体本身振动为主的振型耦合时,才会发生明显的动力响应增大,相应的安全系数明显降低。     

基于荷载传递法的CFG桩复合地基沉降计算

深入分析了CFG桩复合地基的荷载传递机制,针对CFG桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,基于荷载传递法,通过简化桩土单元体竖向相对位移分布模式,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形,建立出CFG桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的复合地基沉降计算方法。采用该沉降计算方法对某试验进行分析,其结果表明,沉降计算值与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,便于工程应用。     

离岸深水全直桩码头动力简化计算方法研究

离岸深水全直桩码头结构长期承受波浪力、撞击力等动荷载作用,仅从静力角度分析不能满足工程设计要求。为研究离岸深水全直桩码头结构动力简化计算方法,利用ABAQUS软件建立了全直桩码头的嵌固点模型和结构-地基相互作用的三维弹塑性有限元模型。基于所建立的有限元模型,采用模态分析法研究了上述码头结构的自振特性。分析表明,结构基本周期较长,与波浪力、撞击力荷载周期接近,结构动力响应突出。进一步计算发现,全直桩码头结构在波浪力、撞击力荷载作用下的动力响应有限元计算结果与采用单自由度系统位移动力放大系数理论公式计算结果吻合较好,由此提出全直桩码头结构动力响应可按单自由度系统位移动力放大系数理论公式进行简化计算。在此基础上,结合规范中的m法、p-y曲线法、NL法提出了上述码头结构动力简化计算方法,通过与动力有限元计算结果对比,验证了所建立简化计算方法的正确性。     

软土隧道横向抗震分析的简化响应位移法

响应位移法能够反映软土隧道在地震荷载作用下的动力反应特性,是一种简便实用的隧道抗震设计简化分析方法。以方形截面隧道为例,采用地层－结构整体动力有限元方法,验证了响应位移法的准确性与合理性;为了简化响应位移法的计算过程,基于平面应变假定,采用弹性理论的复变函数方法推导了土弹簧刚度的解析表达式,并与有限元解进行了对比分析。将土弹簧刚度的解析表达式应用到响应位移法的计算中,同时采用地层剪应力及自由场地震反应位移的简化计算模式,将简化后的响应位移法和整体动力有限元法进行了对比分析,验证了简化方法的可行性。     

Effects of dynamic shear strength and time-histories stress analysis on newmark sliding block analyses

A simplified procedure for evaluating aseismic stability of slope subjected to earthquake shaking, in which the effect of dynamic shear strength and time-history stress on the yielding angular acceleration of sliding block is taken into account, is presented. The fundamental feature of this procedure is the dynamic shear strength. The numerical computations are performed by using the proposed method. It is shown that the computed sliding displacement for a given core dam, with either method of dynamic shear strength properly considered, is more rational compared with the conventional computational results based on static shear strength.