Structural optimization in geotechnical engineering: basics and application

Structural optimization methods are used for a wide range of engineering problems. In geotechnical engineering however, only limited experience exists with these methods. The difficulties in applying such methods to geotechnical problems are discussed in this paper, and the adaption of the commonly known SIMP-method to geotechnical problems is introduced for a special case. An application example is used to present the potential of topology optimization methods, and the application to geotechnical engineering is evaluated.     

基坑开挖中的环境岩土工程问题研究

基坑工程是一涉及岩土工程、结构工程和环境工程等众多学科领域的综合工程,基坑工程往往是在城市中心地带建筑密集区进行,基坑工程的建设,不仅受周围环境的限制,也对周围环境会造成不同程度的影响,因此,研究基坑开挖中环境岩土工程地质问题有重要意义.本文分析了基坑开挖中环境岩土工程地质现象的主要类型,探讨了这些类型之间的有机联系和环境岩土工程地质现象变异的危害,并提出了基坑开挖中预防环境岩土工程地质现象发生的途径与措施.     

对岩土工程数值分析的几点思考

首先,介绍了笔者对我国岩土工程数值分析现状的调查结果及分析,然后,分析了采用连续介质力学分析岩土工程问题的关键,并讨论分析了岩土本构理论发展现状,提出对岩土本构理论发展方向的思考,最后对数值分析在岩土工程分析中的地位作了分析。分析表明,岩土工程数值分析结果是岩土工程师在岩土工程分析过程中进行综合判断的重要依据之一;采用连续介质力学模型求解岩土工程问题的关键是如何建立岩土的工程实用本构方程;建立多个工程实用本构方程结合积累大量工程经验才能促使数值方法在岩土工程中由用于定性分析转变到定量分析。     

Applications of Particle Swarm Optimization in Geotechnical Engineering: A Comprehensive Review

Particle swarm optimization (PSO) is an evolutionary computation approach to solve nonlinear global optimization problems. The PSO idea was made based on simulation of a simplified social system, the graceful but unpredictable choreography of birds flock. This system is initialized with a population of random solutions that are updated during iterations. Over the last few years, PSO has been extensively applied in various geotechnical engineering aspects such as slope stability analysis, pile and foundation engineering, rock and soil mechanics, and tunneling and underground space design. A review on the literature shows that PSO has utilized more widely in geotechnical engineering compared with other civil engineering disciplines. This is due to comprehensive uncertainty and complexity of problems in geotechnical engineering which can be solved by using the PSO abilities in solving the complex and multi-dimensional problems. This paper provides a comprehensive review on the applicability, advantages and limitation of PSO in different disciplines of geotechnical engineering to provide an insight to an alternative and superior optimization method compared with the conventional optimization techniques for geotechnical engineers.     

新时代岩土力学基本问题探究北大核心CSCD

“一带一路”新时代背景下大规模的工程建设,推动着岩土工程学科的繁荣和蓬勃发展。土动力学、非饱和土与特殊土力学与环境岩土工程是未来土力学的重点研究方向,有必要进行系统梳理分析。本文从土工动力测试技术、动本构关系和土-结构动力相互作用方面对土动力学的主要内容进行了阐释,然后从非饱和土有效应力原理、非饱和土本构模型及黄土力学特性方面对非饱和土与特殊土力学的基本理论进行了分析,最后对垃圾填埋处置和水土污染等环境岩土工程亟待解决的问题进行了探索,并提出了合理的应对措施。土力学学科面临着极大的发展机遇,也面临着严峻的挑战,这一系列核心问题的解决,必将为全面提升岩土工程项目建设的质量和效益作出贡献。     

输煤管线定向钻曲线型穿越河床数值模拟

定向钻穿越技术在各类管道铺设工程中已得到广泛应用,但在输煤管线工程中应用较少,对其可行性开展研究具有重要的工程意义。本文以神渭输煤管线渭河段穿越为研究对象,在现场调查和室内外试验的基础上,建立了曲线型定向钻穿越的三维数值模型,分析了穿越后管线范围内最大主应力和最大剪应力的变化。模拟结果显示,钻孔进入和穿出地面的倾斜段孔壁最大主应力和最大剪应力随着深度的增加而增大,且均超过该区段内岩土体极限平衡状态时的主应力和剪应力强度,形成失稳段;钻至中部水平段时,孔壁最大主应力和最大剪应力基本保持不变,且均小于区段内岩土体极限强度,处于稳定状态。采用泥浆护壁对失稳段土体进行处理,通过提高管道周围土体的抗剪强度指标,增强土体强度。分析结果表明,采用泥浆护壁后整个岩土体均处于稳定状态。本文研究成果可应用于穿越工程的管道支护设计,并可为以后相关工程建设提供参考和技术支持。     

A FORM-based approach for probabilistic analysis in geotechnics: Application to a reinforced concrete drainage culvert

As numerical models are increasingly used as a design tool in geotechnical engineering, it is highly desirable if geotechnical reliability analysis can be conducted based on numeral models. Currently, the practical use of geotechnical reliability analysis-based numerical models is still quite limited. In this study, an easy to access method is derived to conduct geotechnical reliability analysis based on numerical models. To facilitate its application, a procedure is outlined to implement the suggested method such that geotechnical reliability analysis can be automated using existing geotechnical numerical packages. The procedure is illustrated in detail with an example, and the source codes provided can be easily adapted to analyze other similar problems. The method described in this paper is used to study the reliability of a deteriorating reinforced concrete drainage culvert in Shanghai, China. The suggested method provides a convenient means for reliability analysis of complex geotechnical problems.     

昆河新线玉蒙段工程地质问题及对策

昆河新线玉蒙段的主要工程地质问题是地震及活动断裂、膨胀土、软土、砂土液化、岩溶、不良斜坡及特殊岩土等,对铁路工程影响很大。文章论述沿线存在的主要地质问题,提出相应的工程措施建议。     

基于土体中结构面的岩土工程问题探讨

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东北振兴中的若干环境岩土工程问题

振兴东北老工业基地面临许多环境岩土工程问题，如固体垃圾处理、采空区建设、土壤污染等。这些问题不仅关系到投资环境的改善和经济振兴，同时也密切关系着普通百姓的生活质量。如何做到经济发展与环境保护双赢是经济建设者和岩土工作者不可推卸的责任。本文对上述环境岩土工程问题进行了探讨并提出了基本对策，力图能使该问题引起人们的足够重视。     

岩土力学数值分析方法研究

随着岩土工程领域的不断扩展与延伸,岩土力学数值分析方法得到了迅速发展,出现了各种各样的数值分析方法。将岩土力学常用的数值分析方法分为连续变形分析方法与非连续变形分析方法两大类,对各种方法的研究现状和最新进展进行了评述,着重介绍了各种方法的优缺点,并提出了解决问题的思路、方法和建议。     

城市地下工程中的环境岩土工程问题

近年来, 随着城市人口的急剧增长, 交通与住房拥挤状况日趋突出, 在我国一些大中城市中, 道路交通隧道、地铁工程、地下商城等地下工程建设项目在逐年增多。由于城市工程环境特殊性和地下工程的特点, 在其施工过程中经常出现基坑失稳 (明挖 )、地面沉降、岩溶塌陷、洞室失稳、巷道突水等多种环境岩土工程问题, 不仅严重影响地下工程建设和周围建筑物环境安全, 而且给国家造成重大经济损失。这一问题已引起岩土工程领域很许多专家的关注, 并成为该领域的研究热点。本文结合南京市区地下工程建设的实际情况, 探讨城市地下工程环境岩土工程问题的特点和形成机理, 并提出解决地下工程环境岩土工程问题的方法和建议。     

城市固体废弃物本构模型的研究现状及展望

城市固体废弃物(MSW)是由多种无机和有机成分组成的复合材料,具有高压缩性和可降解性。随着时间的变化,基本的物理力学特性发生变化,与传统土体相比,性质差异较大。城市固体废弃物的本构模型对于垃圾填埋场中土工问题的研究极其重要,考虑不同因素的影响,系统总结了国内外一些学者对MSW本构模型的研究现状,指出已有的研究成果主要考虑了荷载引起的瞬时变形、机械蠕变、生物降解、纤维物质的加筋作用等,但这些都是考虑单个因素或者将几个因素简单叠加的本构模型,并未考虑不同因素的耦合作用。结合土体本构模型的发展特点,指出了今后城市固体废弃物本构模型的研究方向和发展趋势：应当综合考虑各种因素对MSW应力-应变关系的影响,从工程实践出发,通过岩土工程、环境工程、化学工程和生物工程等学科的交叉寻求突破,形成考虑生化反应-骨架变形-水气运移-溶质迁移耦合作用的理论框架。     

福州轨道交通建设中的岩土工程问题

由于福州盆地工程地质条件的复杂性以及隧道工程的特殊性,在福州轨道交通建设过程中将遇到大量环境岩土工程问题。主要的环境岩土工程问题有:(1)隧道掘进范围内的承压含水层。承压含水层富水性、透水性强,由于开挖深度大,必须考虑下部承压水的影响,避免产生基坑突涌问题。砂砾卵石层直接覆盖于基岩裂隙热水上,受热水构造带高温热水的直接补给以及热传导,地下轨道交通建设对地热场是否存在影响以及地热对轨道交通的影响需要深入研究。(2)软土的大变形与低强度。导致地基失稳与土体结构强度破坏。(3)深大基坑开挖施工引发的可能灾变。基坑开挖易产生滑塌、流泥、突水(涌)、地表沉陷等问题,必须采取有效的支护措施,避免基坑失稳而影响工程安全及周边环境。对这些环境岩土工程问题,应加强勘察新技术的应用,查明建设场地岩土工程地质条件;采用人工地层冻结法、桩基托换技术进行施工;开发和利用适合本地区岩土条件的新技术、新工艺,如新型桩、新的止水、降水措施等基坑支护新技术,以及采用信息化施工新技术。     

公路工程建设中的岩土工程问题

公路工程建设呈现的岩土工程问题主要有地基稳定问题、边坡稳定问题、围岩稳定问题和渗透稳定问题。这些问题对工程的影响体现在变形和强度两个方面,根据工程的功能和性质,应考虑按变形控制或强度控制来确定工程安全标准和评价工程稳定性。基于岩土工程问题的产生条件,提出了在工程实践中应注重的内容及研究方向,如：路基岩土的强度与变形特性研究、地基处理技术及工程特性研究、深基础与地基相互作用研究、边坡稳定性评价方法研究、边坡治理技术及可靠性研究、围岩与结构应力变形研究、地下水对各种岩土体的作用研究等等。     

计算机辅助岩土工程(CAGE)概论

本文简要论述了计算机辅助岩土工程(CAGE)的提出、发展、方法及主要内容, 最后给出了计算机辅助核电工程勘察实例。     

工程地质优势面理论观点概要与认识

通过50年来的工程地质教学、研究和工程实践,形成了一个研究模式——优势面分析观点。优势面观点是建立在岩体结构控制论基础上的创新,在认识深化并立足于学科交叉上的综合发现,因此能较系统地解决实际问题。特别是20世纪90年代后期以来,优势面理论在水电、桥梁、矿山和地下工程等大型工程中取得了很多应用成果和新进展。工程地质环境岩土工程学科,强调地质、力学、工程三个要素的有机结合,作为定性和定量分析手段的结合,优势面研究有利于解决本学科的科学问题和实际问题。通过“二环,二悬,三基,一优势面”的观点、思路和方法,去研究城市环境土工安全问题,促进学科向前发展。     

再论岩土工程有限元方法的应用问题

岩土工程数值分析方法对于研究复杂的岩土介质与多变的施工措施是一种得力的方法,比传统的解析方法、室内试验方法、模拟试验方法、现场试验方法等具有无可替代的优越性。按岩土工程数值方法的历史发展、作用及发展方向,将其分为4个层次：作为一种高级计算器,直接为某个具体岩土工程的设计服务,对该岩土工程在各种极端设计工况下进行安全性、稳定性的计算分析;作为一种强大的、无与伦比的模拟分析器,对复杂工况条件下复杂岩土工程的各种不利因素的相互作用、相互影响、耦合效应等进行模拟分析;作为一种无成本、可重复的多功能试验机,探索具体岩土工程的稳定机制或某工程措施的加固机制;作为岩土工程数值方法的终极目标,对数值分析方法进行二次开发——研发智能化、快速化、简便化的新型数值分析工具。对这4个层次进行了讨论,并对每个层次进行举例说明。     

湖北省城市环境岩土工程问题综述

环境岩土工程是近年来迅速发展的一门新学科，也是对人类生存与发展有重大影响的一个课题，根据国内已有的资料和工程实践，对湖北省主要的城市环境岩土工程问题做一个综合性的介绍。     

弹塑性土质边坡的ALE方法有限元分析

有限元法被广泛用于解决几何和材料非线性的问题,但标准的有限元方法难以有效解决某些材料的大变形问题和计算中的网格扭曲问题。任意拉格朗日-欧拉法（ALE法）吸取了拉格朗日和欧拉法的优点,并克服了两者的缺点,可用于解决仅用拉格朗日或欧拉有限元法所难以解决的问题。基于ALE有限元方法和弹塑性大变形基本原理,研究了岩土工程中土质边坡在自重作用下的稳定问题;计算结果不仅能直观地显示失稳时的大变形状态,并能确定较符合实际的临界滑移面形状;同时分析了含软弱夹层复杂土质边坡的稳定性。结果表明,ALE方法能有效分析土质边坡的稳定性问题,适用于岩土工程的弹塑性分析。