流动环境中圆孔水平热射流三维数值模拟

根据计算流体动力学理论,采用Realizable k-ε紊流模型和SIMPLEC算法,考虑浮力作用,利用有限体积法来离散求解流动环境中圆孔水平热射流的流动与传热控制方程,对流动环境中圆孔水平热射流进行了三维数值模拟,比较了不同流速比和不同射流出口温度条件下的流动特性和温度分布特性,得到了热射流轨迹的速度和温度衰减规律,分析了流速比和射流出口温度对热射流轨迹温度分布的影响。     

各向异性初始应力状态下圆柱孔扩张理论弹塑性分析

传统的圆柱孔扩张理论假定初始应力为各向同性的。在城市地下管道的铺设、隧道工程等的水平掘进施工过程中,圆柱孔受到的初始竖向应力不等于初始水平应力,并不满足各向同性初始应力条件。考虑土体的各向异性初始应力条件,假定土体满足Mohr-Coulomb屈服准则,推导了各向异性初始应力状态下的圆柱孔扩张问题弹塑性解答。算例计算结果表明：土性参数一定时,在相同内压力作用下,各向异性初始应力状态下的圆柱孔扩张形成的塑性区半径大于各向同性初始应力状态下的圆柱孔扩张的塑性区半径,但前者的极限扩孔压力小于后者。     

压力分散型锚索作用效果的数值模拟分析

通过FLAC3D程序,用实体单元模拟了岩体和砂浆体,用结构单元来模拟锚索,在砂浆体和岩体间设置接触面,对锚索施加预应力时采用新的建模方法,即通过结构单元来模拟压力分散型锚索的承压板,代替在承压板的位置施加均布力的方法,建立预应力锚固数值仿真模型.通过模拟试验,分析了接触面单元、岩体单元以及砂浆体单元的应力云图等,更加清晰地显示了压力分散型预应力锚索作用下岩体沿锚索轴向的应力、砂浆体与孔壁之间的粘结应力分布等情况.     

基于圆孔扩张理论的碎石桩承载力计算方法

本文深入研究碎石桩复合地基的受力变形机理,利用摩尔库伦弹塑性材料的剪胀特性,同时引入应力跌落三折线模型,视筋箍碎石桩承受上部荷载时的径向鼓胀为圆孔扩张,将产生变形的桩周土体分为弹性区和塑性区两部分,运用Vesic圆孔扩张理论分别建立了弹性区和塑性区桩周土体的应力场和位移场表达式,进而利用桩体影响半径处土压力为静止土压力的假设,求出了桩周土对碎石桩的径向围限力,再结合被动土压力公式导得了碎石桩的单桩承载力计算式。为验证该方法的可行性,本文结合实际工程数据对所推导的承载力计算式进行了验证分析,结果表明计算值与实测值吻合。     

初始应力各向异性状态下圆柱孔扩张机制分析

采用静止土压力系数K0描述土体初始应力各向异性程度,建立了压力控制边界条件的柱孔扩张数值模型,分析压力为边界条件的圆柱孔扩张特性。计算结果表明,初始应力条件各向异性时,柱孔周围的土体的径向位移是不相等的,扩张后的柱孔呈椭圆形,初始应力各向异性是柱孔非对称扩张的内在原因;塑性区的分布具有明显的方向性,塑性区最大半径位于柱孔周围初始大主应力方向上;在相同的扩张压力下,随不排水抗剪强度增加,土体的塑性区减小,且土体初始应力各向异性造成的土体塑性区分布各向异性程度也随之减小;在相同的扩张压力下,柱孔初始应力越大,其塑性区范围越大,且土体初始应力各向异性造成的土体塑性区分布的各向异性程度也越大。     

侧压系数对圆孔周边松动区破坏模式影响的数值试验研究

利用岩石破裂过程分析软件RFPA2D,对岩体中的圆孔周边的变形及非线性渐进破坏特征、巷道周边关键部位的应力变化进行了分析,研究了应力场中侧压力系数对围岩应力场分布的影响。研究指出,侧压系数 对应力场分布及圆孔周边松动区的破坏特征起决定作用。当 ≤1时,顶板的塑性区和卸压范围较大,但顶板挠度却较小;当 时,顶板的塑性区和卸压范围较小,但顶板挠度却较大。对于进一步深入理解深部岩体中巷道破坏失稳机制并采取有效的加固措施等具有重要的理论和实践意义。     

压力传感器受力的数值模拟分析

由于传感器与周围介质刚度不耦合的原因,埋入式压力传感器所测得读数并不是材料内部真正的受力状态。根据压力传感器的实际结构,采用有限元数值模拟分析方法,计算得出压力传感器的实际受力特征与应力分布规律,提出了压力传感器读数的修正方法,为压力传感器的正确使用提供理论依据和可靠的方法。     

润扬大桥南锚场区基坑涌水量及扬压力的数值模拟

润扬大桥南锚工程为一大型深基坑工程。在钻探、物探、构造分析、抽水试验和压水试验工作的基础上，分析和概化了场区的水文地质条件，建立了数学模型，并用数值方法求解。预测了施工时的地下水涌水量，计算当基坑开挖排水时作用于强风化带底部的扬压力及对基坑稳定性的影响，为设计施工提供地质依据。     

戒台寺滑坡的数值模拟分析

北京戒台寺滑坡是由采矿引发的特大型岩石滑坡,采用大型通用有限差分软件FLAC3D对滑坡进行数值分析及平面应变情况计算,通过改变材料弹性模量、泊桑比、容重、C、Φ值等指标,尽可能模拟滑体、滑带及滑床等地层岩性特征和地表的变形特征。根据过去、现在、将来可能发生的情况,设计了八种工况。按各种不同工况依次计算滑坡体内部的应力、位移和塑性区的发展变化、结构物内部受力与变形情况。验证了滑坡的变形特征及其发生发展机理,为类似工程提供了参考经验。     

压力溶解对颗粒聚集岩体中热-水-应力耦合影响的数值模拟

在自主研制的孔隙介质热-水-应力耦合有限元程序中引入Taron等提出的颗粒聚集体的压力溶解模型,针对一个假设的实验室尺度且位于非饱和石英颗粒聚集岩体中的高放废物地质处置模型,拟定两种计算工况：（1）孔隙率和渗透系数是压力溶解的函数;（2）孔隙率和渗透系数均为常数,进行4 a处置时段的数值模拟,考察了岩体中的温度、颗粒界面水膜及孔隙中的溶质浓度、迁移和沉淀质量、孔隙率及渗透系数、孔隙水压力、地下水流速和应力的变化、分布情况。研究结果表明：工况1计算终了时,压力溶解使得孔隙率和渗透系数分别下降到初始值的43%～54%、4.4%～9.1%。在核废料释热温度场的作用下,工况1、2中的负孔隙水压力分别为初始值的1.00～1.25倍、1.00～1.10倍,前者表现了压力溶解的明显影响;两种工况的岩体中的应力量值及分布基本相同。     

Analytical solution of undrained cylindrical cavity expansion in saturated soil under anisotropic initial stress

This paper presents an analytical solution for undrained elasto-plastic cylindrical cavity expansion in saturated soil under anisotropic initial stress. The problem is formulated by assuming small-strain deformation in the elastic zone and large-strain deformation in the plastic zone. Plastic yielding is determined by the Tresca failure criterion and an associated flow rule. Two stress functions are used to describe the stress state in the two zones around the cavity. The elasto-plastic boundary can subsequently be determined by solving the two stress functions under the stress boundary conditions. Additionally, the cavity pressure-expansion relationship, the total stress and the excess pore pressure around the cavity wall under anisotropic initial stress can be easily obtained by application of a numerical integration. The results show that the cavity pressure and excess pore pressure under the isotropic initial total stress (K = 1) are larger than those under the anisotropic initial stress (K > 1 and K < 1), which is true at all states of the expansion. The higher value of K develops lower stress and pore pressure around the cavity wall at the ultimate states. However, the stress and excess pore pressure are not sensitive to the value of K. The present solution may be used for analyzing the uplift capacity of plate anchors in soils and Horizontal Directional Drilling (HDD) problems such as the tunneling, and pipeline installation.     

Undrained expansion analyses of a cylindrical cavity in anisotropic sands incorporating the SANISAND model

Soils are known to be inherently anisotropic, resulting in complex responses to loading. This paper aims to develop an elastoplastic solution for the undrained expansion of a cylindrical cavity in sands adopting a non-associated and anisotropic model, SANISAND. The rigorous derivation of the stress-strain state of the soil element is provided following a standardized solving procedure. The dilatancy and crushing of the soil are invoked in the three-dimensional cavity expansion solution by adopting the critical state soil mechanics and limiting compression curve, respectively. By combining this with a governing equation that considers the undrained condition, the stress-strain state of the surrounding soil around the cavity can be determined. A subroutine is then implemented into the ABAQUS FEM simulation to verify the solution. The solutions are also validated against those based on an isotropic model, and anisotropic sand is used to investigate the effects of the initial effective mean stress, at-rest coefficient of earth pressure, and overconsolidation ratio on the stress distribution, stress path, and boundary surfaces.     

单螺旋空孔直眼掏槽成腔过程数值模拟研究

采用ANSYS三维非线性动力有限元软件,对单螺旋空孔直眼掏槽的爆炸应力波传播规律与成腔过程进行了数值模拟研究,得到了单元有效塑性应变分布图、节点有效速度分布图、节点时间-加速度历程曲线和炸药爆炸体积扩展过程示意图。结果表明,模拟的爆炸应力波是以柱面波形式传递,这与理论上的爆破应力波传递形式相一致,同时还总结出爆破效果与装药孔至空孔的距离相关的结论。整个数值模拟研究实现了掏槽爆破成腔成型过程和压力传播过程的可视化,对预测掏槽爆破效果和优化爆破设计具有积极意义。     

K0固结饱和土柱孔扩张问题弹塑性分析

采用K0固结各向异性土体本构模型,将柱孔扩张后周围土体分为弹性区和塑性区,根据柱孔扩张理论和边界条件,推导出K0固结状态下饱和天然土体柱孔扩张问题弹塑性区的应力、塑性区半径以及超孔隙水压力的理论解答。同时,通过算例与修正剑桥模型解答进行对比分析,结果表明,土的不同初始固结状态对柱孔扩张后孔周围的应力和超孔隙水压力产生很大影响,采用考虑K0固结诱发各向异性土体本构模型所得到的应力和超孔隙水压力解答大于修正剑桥模型的解答,但塑性区影响半径却明显小于后者。     

一种半无限土体中圆孔扩张的分析方法

在静压桩贯入问题的研究中,常用无限土体中圆孔扩张法来模拟桩端对土体的扩张。实际上,压桩问题属于半无限问题,必须考虑从无限问题转化到半无限问题后地面边界处应力的差异。针对半无限问题中地表应力的修正,在现有研究的基础上引入了应力函数解答来求解弹性条件下半无限问题,很好地修正了地表应力,得到了相应的解答。与原有的解答相比,提出的解答能够更好地反映半无限的特性,为进一步分析压桩问题奠定了基础。     

基于广义SMP准则及应力路径法的柱孔扩张分析

柱孔扩张理论广泛用于旁压试验机制分析、沉桩挤土效应等岩土工程问题中。基于经典的Vesic孔扩张理论,采用能够考虑中主应力效应的广义SMP屈服准则,并结合有限应变理论对均质土体中柱孔扩张问题进行分析,根据应力路径假设提出确定塑性区平均体应变的解析步骤。通过大量变参数计算给出具有不同刚度指标 、泊松比 和内摩擦角 的土中柱孔扩张极限状态下的塑性区平均体应变、孔扩张半径比和孔扩张系数。分析结果表明, 、 、 越大,塑性区平均体应变越小,塑性区半径比越大,孔扩张系数越大;随着 增加, 的变化对孔扩张系数的影响更显著。同时,将结果与基于Mohr-Coulomb准则的孔扩张解答进行比较,探讨不同土性参数时中主应力效应对孔扩张系数的影响。文中分析方法及给出的考虑中主应力效应的柱孔扩张系数表可为原位试验分析及桩侧摩阻力估算提供参考。     

基于SMP准则柱孔扩张问题相似解

以柱孔扩张理论为基础,将柱孔扩张后塑性区半径b作为时间刻度,引入扩孔速度概念,将塑性区内任意一点的应力、应变描述成塑性区半径b和柱孔扩张后扩张体单元距孔心距离r的函数,采用平面应变条件下无黏性土的SMP准则和不相关联流动法则,考虑到无黏性土的剪胀性,推导出柱孔扩张后极限扩张力 的相似解。通过参数分析表明,土体强度和剪胀性对塑性区半径和极限扩张力产生很大的影响,即随着土体强度和剪胀性的增加,极限扩张力明显增加,相应塑性区半径却随之减小。通过与基于摩尔-库仑准则解答进行对比分析表明,考虑中间主应力影响的SMP准则所得到的极限扩张力明显高于基于摩尔-库仑准则的解答。该解答为无黏性土中进行静力触探（CPT）试验和静压桩等岩土工程问题提供必要的理论依据。     

Similarity solution for cavity expansion in thermoplastic soil

This paper presents an analytical solution for cavity expansion in thermoplastic soil considering non‐isothermal conditions. The constitutive relationship of thermoplasticity is described by Laloui's advanced and unified constitutive model for environmental geomechanical thermal effect (ACMEG‐T), which is based on multi‐mechanism plasticity and bounding surface theory. The problem is formulated by incorporating ACMEG‐T into the theoretical framework of cavity expansion, yielding a series of partial differential equations (PDEs). Subsequently, the PDEs are transformed into a system of first‐order ordinary differential equations (ODEs) using a similarity solution technique. Solutions to the response parameters of cavity expansion (stress, excess pore pressure, and displacement) can then be obtained by solving the ODEs numerically using mathematical software. The results suggest that soil temperature has a significant influence on the pressure‐expansion relationships and distributions of stress and excess pore pressure around the cavity wall. The proposed solution quantifies the influence of temperature on cavity expansion for the first time and provides a theoretical framework for predicting thermoplastic soil behavior around the cavity wall. The solution found in this paper can be used as a theoretical tool that can potentially be employed in geotechnical engineering problems, such as thermal cone penetration tests, and nuclear waste disposal problems.