破坏包络面理论在多基础系统中的应用研究

由多个分离基础组成的多基础系统是常用的海洋结构基础型式。基于破坏包络面理论,分析了砂土地基多基础系统的失效模式,建立了相应的承载力计算方法,并验证了计算方法的可行性。对比分析了单一基础和多基础系统不同荷载路径下的荷载安全系数,探讨了破坏包络面理论与分项系数法相结合的基础承载力计算方法。失效模式的分析表明,由于水平荷载的增大,四腿平台结构迎浪侧基础首先到达破坏包络线,其失效模式属于滑动失稳,但由于基础间的运动约束,其并不会出现真正的滑移破坏。随着水平荷载进一步地增大,迎浪侧基础承担的水平和竖向荷载不断减小,导致背浪侧基础受到不断增大的荷载。最终,背浪侧基础也到达破坏包络线,多基础系统失效。分析表明,荷载路径对基础的荷载安全系数有决定性的影响,计算基础的荷载安全系数需指明相应的荷载路径。鉴于破坏包络面的大小和形状取决于众多因素,基础设计时需采用特定工况下的破坏包络面进行承载力计算。     

用Hoek-Brown经验强度准则估算岩石锚杆容许抗拔力

针对单体全长灌浆锚杆产生的锥体破坏模式，在分析岩体结构特征对锥体破坏形状的影响，并建立锥体破坏模型的基础上，考虑岩体的固有特点和非线性破坏特性，引入岩体经验强度准则，系统阐述了全长灌浆锚杆容许抗拔力的理论计算方法，并以算例说明具体设计步骤。     

板式中型桩复合基础真型试验成果分析与研究

为验证板式中型桩复合基础设计方法的准确性,通过现场6个真型基础试验,进一步研究板式中型桩复合基础的破坏机理,研究受荷过程中上部板式基础与下部桩基础的荷载分担情况以及两部分基础的共同作用情况,进一步优化和完善设计理论,形成了相应的计算方法。     

装配式型钢基础抗压抗拔承载力的试验及计算

通过在两个不同基础底面尺寸的装配式型钢基础进行抗压、抗拔承载力和变形特性试验研究,考察了型钢基础及土体的变形及破坏型式,试验中该类基础发生土体剪切破坏而失效,最后提出了基于试验研究的抗压、抗拔承载力计算理论,其中抗压承载力根据有效底面积计算;抗拔承载力应考虑基础上拔产生应力扩散形成的破坏土体进行计算;计算中建议按土体的内摩擦角取用不同土体的上拔扩散角;地下水位以下土体上拔扩散角建议取为0 º。研究成果为该类基础的承载力计算理论、设计方法及实际工程应用提供理论依据。     

竖向与水平复合加载下桶形基础承载性能的分析

在竖向和水平力共同作用的复合加载条件下地基承载性能及其破坏模式是吸力式桶形基础设计与施工中的关键技术问题。为此,以大型通用有限元分析软件系统ABAQUS为基础建立了桶形基础三维有限元计算模型,运用位移控制法确定了均质软黏土地基极限承载力系数与位移之间的归一化关系;采用Swipe试验加载方法,确定了桶形基础在竖向力与水平力平面上的地基破坏包络图,从极限分析上限方法的角度探讨了由数值计算所揭示的桶形基础破坏机制。     

上覆土嵌岩扩底桩抗拔承载特性离心模型试验及计算方法研究

随着我国西部输电线路工程的快速发展,杆塔基础抗拔问题日益突出,岩体的破坏模式、极限抗拔承载力的计算方法都是目前亟待解决的关键问题。根据离心模型试验结果,分析了岩体破坏模式、荷载-位移曲线、桩身轴力分布和桩侧摩阻力曲线。基于试验结果对岩体破坏形状进行无量纲化处理并拟合,得到了统一的函数描述形式。在此基础上,利用极限平衡法推导出上覆土嵌岩扩底桩极限抗拔承载力的计算方法,并对该计算方法作了简化分析,将积分计算值和简化计算值分别与离心模型试验结果进行对比。研究结果表明:上覆土嵌岩扩底桩的软质岩破坏模式为喇叭型曲面,可用统一的幂函数形式进行描述。简化计算方法的结果与离心模型试验结果吻合良好,提出的新方法对西部山区杆塔基础的抗拔设计具有参考和应用价值。     

基于非线性破坏准则的临坡地基承载力上限分析

临坡地基承载能力的确定分析已成为地基设计理论中一个重要研究课题。针对现有地基承载力分析方法大多基于线性Mohr-Coulomb破坏准则。考虑岩土材料破坏的非线性特性,采用非线性破坏准则和多切线法,引入极限分析上限理论,根据临坡条形基础地基破坏模式的非对称性特点,构建出临坡条形基础地基单侧刚性多滑块破坏模型及相应运动允许速度场。在此基础上,利用序列二次规划非线性优化算法,建立临坡条形基础地基极限承载力的确定方法。最后,通过工程实例计算,并与已有研究方法计算结果进行对比分析。结果表明,非线性参数对临坡地基承载力有着重要影响,采用多切线法处理非线性材料强度准则问题理论上更严密,上限解更优,验证了该方法的可行性与合理性。     

国内外规范关于扩展基础冲剪计算的对比分析

各国规范对钢筋混凝土扩展基础的冲剪验算有不同的计算方法,对基础剪切模式的界定、计算公式等方面有较大不同,由此对计算结果也产生影响。针对中国规范GB50007[1]、美国规范ACI318[2]、欧洲规范EN1992[3]的设计要求,对影响钢筋混凝土扩展基础冲剪破坏的因素进行对比分析,并结合不同工况的4个算例对各国规范冲剪验算的基础底板厚度进行了对比。分析结果表明,各国规范在抗剪强度取值、验算条件、冲切锥体形状、底板纵筋配筋率影响、验算截面位置等方面的规定存在一定差异,反映出各国规范在基础冲剪影响因素方面存在不同考虑以及对基础冲剪破坏机理认识上的差异,这些差异使冲剪计算方法不同,也使得由此计算所得到的基础底板厚度有所不同。通过分析,建议对我国规范在基础底板冲剪验算截面的位置、纵筋配筋率,以及基底反力分布对冲剪承载力的影响等方面进行试验研究,进一步完善基础冲剪计算方法。     

“硬-软-硬”三层黏土上圆形基础的承载力分析

海洋浅基础设计所遇地层条件通常由于基础大尺寸的特点而涉及多土层剖面,其中“硬-软-硬”三层黏土是最常见的地层条件之一。现行海洋浅基础设计常用的API和ISO规范尚无针对“硬-软-硬”黏土竖向承载力的计算方法。本文基于自升式平台基础设计规范推荐的“bottom-up”预测模型,假定“硬-软-硬”黏土上基础的承载力为“硬-软”黏土冲剪破坏产生的侧向摩阻力与“软-硬”黏土挤压破坏提供的承载力之和。通过有限元模拟分析,验证了“bottom-up”方法所假定破坏模型的合理性,但由于规范推荐的相关公式忽略了上覆土层对挤压破坏模式的影响,使其严重低估了“软-硬”黏土挤压破坏产生的承载力。基于变参数有限元分析结果,本文对挤压破坏承载力公式进行了修正,提出了“硬-软-硬”三层黏土上圆形基础竖向承载力的预测方法。     

基于功能的高坝建设方案的风险决策研究

为了更加安全和经济地进行抗震设计,不仅要防止结构发生倒塌破坏,而且要有效地控制结构的其他破坏状态。在此背景下,基于性能的抗震设计被广泛讨论研究,并且被认为是未来抗震设计的主要发展方向之一,在高坝建设工程领域探讨了发电经济功能的高坝建设方案的风险决策问题,提出了一种在不同震级作用下高坝震害损失的计算方法。通过水位这一变量揭示了高坝动力分析与经济损失量之间的内在联系,并以一算例说明了计算方法的正确性和可行性。     

深基坑土钉支护的有限元数值模拟及稳定性分析

在平面应变条件下,对土钉支护的基坑进行了有限元数值模拟,在此基础上采用有限元稳定分析方法评价基坑的稳定性。研究了土钉拉力及基坑变形的变化规律,土钉长度及布置方式变化对基坑变形和稳定性的影响。结果表明,当土钉足够长时,基坑的潜在滑动面与最大拉力作用点连线位置通常是一致的     

水泥改良土的拉伸强度特性及其计算方法

水泥改良土具有强度高、变形小、施工操作简单、质量控制容易和经济效益显著等优点,被广泛应用于路基填筑、基坑回填、边坡防护和地基换填。水泥土裂缝影响路基工程的正常运行,甚至可能危及铁路路基安全。因此,铁路路基设计需要对路基填土的抗拉强度有一定程度的了解,水泥改良土抗拉强度的确定具有重要意义。水泥改良土的抗裂性能是影响工程应用的重要因素,拉伸强度是衡量水泥土抗裂性能的关键指标。本文基于常规无侧限压缩仪自行设计了直接测量水泥改良土拉伸强度的单轴拉伸试验方法,系统地研究了水泥掺量（A）、龄期（t）、含水率（w）和干密度（ρd）对水泥改良土单轴拉伸强度（σt）的影响,水泥改良土的单轴拉伸强度随水泥掺量、龄期和干密度增加而增加,随含水率增加而减小,建立了水泥改良土的单轴拉伸强度与et/A(et是水泥改良土的孔隙比)之间的指数函数关系。结合水泥改良土的无侧限抗压强度和基质吸力的测试结果,建立了单轴拉伸强度与无侧限抗压强度和基质吸力之间的相关关系。     

锚索抗滑桩设计拉力及锁定值的规划求解研究

预应力锚索抗滑桩桩头设计拉力及锁定值的确定是锚索抗滑桩结构设计计算的关键技术问题之一,本文基于采用线弹性Winkle地基梁有限差分法的抗滑桩结构分析计算软件"Analypile",对全桩整体采用有限差分法求解其内力,避免了将桩身分解为受荷段和锚固段及利用滑面处连续条件求解的复杂过程,该方法对滑坡推力及地基系数取值,可依据实际情况假定为广义形式来模拟土体对抗滑桩的作用工况,能很好地求解预应力锚索作用于抗滑桩或桩身设多道锚索工况下的锚索拉力值,并利用Excel规划求解工具合理选定工程优化目标,建立综合约束条件及其规划模型,提出了一种新的有关桩头预应力锚索设计拉力及锁定值的确定原则和方法。     

受承压水作用的基坑底板临界厚度的确定方法

分析了承压含水层补给区水位上升时承压含水层上基坑底板土层孔隙水压力和有效应力的变化规律。根据基坑底板土的渗透性及其破坏机制,基于弹性力学理论,按受弯拉裂破坏模式和剪切破坏模式计算确定基坑底板土层临界厚度,通过算例和分析,与传统确定临界厚度的计算方法进行了对比。研究表明,提出的基坑底板土层临界厚度的确定方法能考虑土的抗剪强度指标cu和?u以及底板尺寸的影响,比传统计算方法更合理。然而,对于如砂土这类强渗透性土而言,文中方法求解的结果可退化为传统方法的解。     

Parametric study using FEM for the stability of the RCC Tannur dam

Parametric study was carried out in this paper using the Finite Element Method (FEM) to study the effects of variations of the two parameters, i.e., variations in batter slope and foundation properties under static and dynamic loading conditions on the distribution of the peak stresses within the dam and foundation soils. The response spectra for the operating basis earthquake (OBE) and the maximum credible earthquake (MCE) were used in the dynamic analysis. It is shown that the distribution of peak stresses across base of dam and the extent of tensile zone on the foundation soils at the foundation level vary with the variations in the batter slope. Generally, as the batter slope increases the extent of the tensile zone at the foundation level decreases but not necessarily the maximum tensile stresses. However, an optimum batter slope could be achieved based on the results of this parametric study. It should be noted that the greatest tension is developed in the rock adjacent to the toe of the batter. For the foundation mechanical properties, it has been shown that the assessment of accurate soil mechanical properties has a great effect on the computed design stresses from finite element analysis. However, the greatest effect of the foundation properties was on the stresses at the base of dam while it has a negligible effect within the dam body.     

岩石高边坡开挖卸荷松弛准则研究与工程应用

基于对卸荷松弛过程和机制的定性分析,提出了以岩石极限拉应变作为卸荷松弛的判别准则。通过对岩石极限拉应变室内试验资料与其抗拉强度之间关系的分析,并结合小湾工程卸荷松弛分析的成功实践经验,提出了极限拉应变值的取值原则,并明确了岩石边坡开挖后实际拉应变的计算方法。运用三维弹黏塑性加锚节理岩体流变模型,将该准则和计算方法应用于锦屏一级拱坝建基面开挖卸荷松弛的数值分析中,通过与实际开挖揭示和声波测试资料的对比,结果表明分析结果较为合理,为工程建设提供了有益的指导     

Linear and nonlinear vibration of non-uniform beams on two-parameter foundations using p-elements

A hierarchical finite element is presented for the geometrically nonlinear free and forced vibration of a non-uniform Timoshenko beam resting on a two-parameter foundation. Legendre orthogonal polynomials are used as enriching shape functions to avoid the shear-locking problem. With the enriching degrees of freedom, the accuracy of the computed results and the computational efficiency are greatly improved. The arc-length iterative method is used to solve the nonlinear eigenvalue equation. The computed results of linear and nonlinear vibration analyses show that the convergence of the proposed element is very fast with respect to the number of Legendre orthogonal polynomials used. Since the elastic foundation and the axial load applied at both ends of the beam affect the ratios of linear frequencies associated with the internal resonance, they influence the nonlinear vibration characteristics of the beam. The axial tensile stress of the beam in nonlinear vibration is investigated in this paper, and attention should be paid to the geometrically nonlinear vibration resulting in considerably large axial tensile stress in the beam.     

冻土中单桩抗拔承载力的模型试验研究

以新疆地区某高压输电线冻土桩基础受力分析为背景,在人工冻结条件下,进行了单桩的室内抗拔模型试验.研究了在不同冻结温度下,冻土中单桩在竖向上拔荷载作用下的承载力特性及其力学性状,分析了包括桩的轴力、桩土之间的冻结力沿桩身的分布规律,桩头竖向位移与荷载的关系,并且定量分析了冻结力和承载力与冻结温度的关系.最后,将分析结果与抗压桩进行了比较.成果可为西部冻土地区桩基的设计与施工提供参考依据.     

滨海软基上膜袋围堰稳定性分析及沉降预测研究

根据软土地基上膜袋围堰自身特性,考虑土工膜袋纵向抗拉强度的影响,建立了膜袋围堰整体稳定性分析模型,定量研究了土工织物膜袋抗拉力、袋内填充土体强度参数以及膜袋充填厚度对围堰整体安全系数的影响。对膜袋围堰场地进行了现场沉降观测,根据室内软土的固结试验和渗透性试验,结合观测数据对常值参数灰色模型预测方法进行修正,利用修正模型对围堰的长期沉降进行了预测。研究结果表明：围堰整体安全系数随着土工织物膜袋抗拉强度及袋内填充土体强度参数的增大显著增加;随着膜袋充填厚度增大,围堰整体安全系数先迅速降低,后趋于稳定。软土地基的固结特性与其长期沉降有紧密关系,实际预测时应根据不同软土的固结性质选取沉降预测模型,以提高预测精度。     

硬填料坝应力计算方法探讨与特性分析

通过对一个100 m高典型硬填料坝的应力变形分析,指出坝体填筑过程和硬填料随龄期和应力状态变化的应力-应变特征的模拟对坝体应力变形结果影响显著不容忽略。采用二元本构模型和仿真计算方式,研究了地基弹性模量对坝体应力和强度安全性的影响。地基的变形对坝体应力有显著的影响。地基弹模较低时与较刚性地基的坝体应力情况差异很大。地基弹模较低时,竣工期坝基面中部的拉应力和坝址与坝踵处的压应力都很大,可能并不满足抗拉和抗压强度。与竣工期相比,挡水期坝基面的压应力增加,拉应力减小,抗压强度安全性减小,抗拉强度安全性增加。对于硬填料坝,竣工期和挡水期的抗剪强度安全系数均很高,一般可不进行抗剪强度的计算。