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相似文献
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1.
王小雯  张建民  李焯芬 《岩土力学》2018,39(7):2499-2508
针对波浪引起的饱和砂质海床土体和管线相互作用问题,将Biot动力固结理论与笔者课题组提出的砂土液化变形弹塑性本构模型相耦合,较为合理地再现了简谐波浪作用下较浅饱和砂质海床中管线周围可液化海床土体的超静孔隙水压力瞬态累积变化规律与液化过程。数值计算结果与Sumer等的试验规律一致。结果表明:由于管线的存在,改变了饱和砂质海床液化区域的空间分布。液化首先由管线下部土体开始产生,随着波浪荷载的持续作用,液化区域沿着管线外壁向上演化;同时海床表层土体产生液化并向深层发展,最终管线周围土体都发生液化,这是导致空管上浮的主要原因。当饱和砂质海床中存在管线时,管线附近海床土体液化深度明显变深。超静孔压累积和渗透力变化的耦合作用是导致饱和砂质海床土体产生液化的原因。与将海床土体视为饱和弹性多孔介质相比,可考虑液化全过程的弹塑性动力分析能更为合理地揭示实际波浪作用下饱和砂质海床土体的渗流场和应力场的瞬态时空演变规律。  相似文献   

2.
地下结构碎石排水层抗液化措施数值试验   总被引:1,自引:0,他引:1  
何剑平  陈卫忠 《岩土力学》2011,32(10):3177-3184
过数值模拟验证液化的隔振作用。在浅埋地下结构周围设置碎石排水层,应用FLAC3D作碎石排水层法抗液化数值模拟试验,分析不同碎石排水层方案的抗液化效果和液化场施加碎石排水层后地下结构的动力特性变化。计算结果表明,典型液化场中砂土达到液化状态,其加速度、速度、位移振幅马上衰减;砂土在液化状态变为流体,液化过程是砂土体积压应变不断积累增大的过程,液化后体积压应变积累不再增加,液化土有效应力和抗剪强度均为0,不能传递剪力,起隔离外界力的作用,液化场中结构的加速度反应也比非液化场或弹性场小。液化场中结构的存在降低了其周围的动水压力,结构阻障了周围土液化的产生。液化场中地下结构周围设置碎石排水层,结构周围则不会液化,远处液化场超静水压力显著降低,结构不出现上浮,结构下沉,水平漂移减小,内力增大。研究成果为地下结构穿越液化土层设计提供理论及试验基础  相似文献   

3.
王志良  刘铭  谢建斌  申林方 《岩土力学》2013,34(Z1):127-133
将隧道周围土体视为均质连续各向同性的饱和弹性介质,采用保角变换的方法将含有隧道的半无限平面映射为同心圆环计算域。根据Terzaghi-Rendulic二维固结理论,建立隧道在不透水的情况下周围土体超孔隙水压力分布的控制方程。然后,采用分离变量法计算得到土体超孔隙水压力分布的解析解,最后,根据弹性理论计算得出隧道中线上方地表固结沉降的计算公式。结合算例,分析盾构施工扰动程度、土体渗透系数、土体弹性模量及隧道埋深等因素对隧道中心上方地表处固结沉降的影响。研究结果表明,地表固结沉降的增加值与隧道外侧初始超孔隙水压力值C0的变化量成正比例关系,施工扰动程度越大所引起的固结沉降越大;土体的渗透系数越大固结沉降速度越快,但土体的渗透系数与最终的地表固结沉降量无关;土体的弹性模量越大,最终的地表固结沉降量越小;隧道埋深越深,地表固结沉降所需时间越长,最终的地表固结沉降量也越大。  相似文献   

4.
考虑盾构掘进速度的隧道掘进面稳定性分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
高健  张义同 《岩土力学》2010,31(7):2232-2237
隧道在低渗透性土壤中掘进,盾构掘进速度的改变将引起作用在掘进面上支护压力的显著变化。考虑盾构掘进速度以及土体的渗透系数的影响,通过伽辽金有限元法推导三维稳态渗流有限元方程,使用FORTRAN代码编制数值分析程序计算稳态地下水流条件下隧道掘进面附近水头分布。维持掘进面稳定极限支护压力由有效支护压力和渗透力共同构成,前者基于土体稳定的极限平衡理论计算结果,后者通过隧道掘进面附近水头分布推导得出。结果发现,低渗透性土层中进行隧道掘进,盾构掘进速度的改变对隧道掘进面附近水头分布产生很大影响,掘进速度的增加将引起作用在隧道掘进面上支护力的显著增加。理论分析结果与实验数据取得较好的一致,验证了该理论与方法的合理性和有效性。  相似文献   

5.
浅埋隧道围岩应力场的计算复变函数求解法   总被引:2,自引:1,他引:1  
对于受地表边界和地面荷载影响的浅埋隧道的围岩应力场,由于在数学处理上存在一定的困难,很难用解析解来进行分析,而通常采用边界元或有限元的数值方法来解答。为了求解浅埋隧道的应力场,采用边界配点来确定边界条件,同时用保角映射将一个含圆孔的半无限空间区域映射为圆环域,然后把这个区域内的解析函数展开成Laurent级数的形式,利用Muskhelishvili的复变函数理论和最小二乘法来确定解析函数的各项系数,从而求得浅埋隧道围岩压力的半数值、半解析解,最后通过算例给出了围岩应力的分布情况。计算结果表明,该方法计算精度高、计算量小,具有应用价值。  相似文献   

6.
姜朋明  陆长锋 《岩土力学》2008,29(Z1):519-523
分析不连续边界形状下土体中不连续应力场和速度场特征,根据应力不连续线和速度不连续的性质,在考虑有重土、土和墙体摩擦情况下,同时利用上、下限定理,构建算法;通过数值计算解三类边值问题,求得挡土墙绕基底转动下,墙后不连续边界形状下土体的静力场,同时对对应的机动场进行分析,找出了满足所有速度边界条件和静力边界条件的应力场,得到绕墙基转动下挡土墙土压力的严密解。算例表明:求解极限平衡问题真解的算法是可行的。  相似文献   

7.
海底缓坡场地地震侧移数值分析方法   总被引:2,自引:0,他引:2  
邵广彪  冯启民  王华娟 《岩土力学》2006,27(9):1601-1606
地震动使海底倾斜土层软化、液化并产生永久变形和位移。基于有限元理论,提出一种海底缓坡场地地震引起水平侧移的数值计算方法,将波浪荷载简化为恒定压力荷载和初始孔压,采用二维有效应力动力有限元分析方法进行液化分析,同时由模量软化理论得到土层在地震动各时段的模量,通过非线性静力方法计算软化、液化引起的水平侧移。由算例分析了土层坡度、液化层及上覆非液化层厚度、波浪荷载等因素对侧移的影响,通过对比分析表明了该方法的有效性,可为近海工程场地地震地质灾害评价提供参考数据。  相似文献   

8.
王滢  王海萍  高盟 《岩土力学》2022,43(11):3185-3197
在以往关于圆柱形衬砌隧道的瞬态动力响应中,衬砌周围土体大多假定为弹性介质或饱和介质。然而,自然界中的土体大多为非饱和介质。考虑土体与衬砌结构的动力相互作用及动荷载引起的附加质量密度的影响,研究了瞬态荷载作用下非饱和土中无限长深埋圆柱形衬砌隧道的动力响应。基于多孔介质混合物理论和连续介质力学理论,建立了非饱和土中圆柱形衬砌隧道受到瞬态荷载作用时衬砌及周围土体的控制方程,利用Durbin数值反演法得到了衬砌及土体在时间域的动力响应。数值分析了饱和度对瞬态荷载下径向位移、径向应力、环向应力和孔隙水压力的影响。结果表明:饱和度对衬砌及周围土体的瞬态响应影响显著;饱和度对径向位移沿径向的衰减影响较小,对环向应力和孔隙压力沿径向的衰减影响较大。  相似文献   

9.
张丙强  王启云  卢晓颖 《岩土力学》2018,39(12):4377-4384
软土在低水力坡降下的渗流会偏离达西定律,即为非达西渗流模式。假设孔隙水渗透服从指数渗流模式,采用镜像法原理推导了浅埋单孔和双孔圆形隧道非达西渗流场的解析解。结合算例,对浅埋圆形隧道非达西渗流解析解与达西渗流解析解进行了对比分析与验证,并对非达西渗流指数、隧道周围土体与衬砌渗流系数比值对隧道渗流场的影响进行了讨论。结果表明:非达西渗流指数、渗流系数比值对隧道渗流量和周围土体孔压均有较大的影响;随着渗流指数逐渐增大,土体内水头损失加快,隧道周围土体孔压及渗流量逐渐减小;随着土体与衬砌渗流系数比值逐渐增大,衬砌排水能力增强,隧道渗流量逐渐增大,隧道周围土体孔压减小更大。  相似文献   

10.
由于目前在坝基设计中通常需要设置两个或两个以上防渗墙,对带有两端防渗墙的坝基各向异性稳态渗流进行了解析研究,将土体分为4个规则的区域,采用坐标变换将各向异性土层转换成等效各向同性土层,利用分离变量法将4个区域内的水头分布表示为级数解的形式,结合区域间的连续条件得出带有两端防渗墙的坝基各向异性渗流场显式解析解。将解析解退化到各向同性情况下的渗流量、坝底扬压力与保角变换解析解和数值计算结果进行对比,各向异性情况下的水头值与有限元软件计算结果进行对比,结果均吻合较好,验证了解析解的正确性,且相比于保角变换解析解具有更高精度。最后对坝基渗流场进行了参数分析,发现土体各向异性对坝基渗流有着不可忽略的影响,其他条件相同的情况下,竖直渗透系数与水平渗透系数比值较大土体的渗流量和出口梯度会小于竖直渗透系数与水平渗透系数比值较小的土体,竖直渗透系数与水平渗透系数比值较大的土体的最大扬压力会大于竖直渗透系数与水平渗透系数比值较小的土体。  相似文献   

11.
黄茂松  刘鸿哲  曹杰 《岩土力学》2012,33(10):3115-3121
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。  相似文献   

12.
DF1-1底辟区构造应力场及渗流场演化的数值模拟研究   总被引:3,自引:1,他引:2  
DF1-1底辟区是莺歌海盆地内超压流体最活跃的地带之一.超压流体的活动直接受控于构造应力及其形成的不同类型的断裂和裂隙构成的输导系统.从底辟区大规模流体垂向活动以及幕式活动的特征来看, 流体流动的动力主要是由于垂向压差的存在以及渗流场变化引起的局部应力场(包括热应力场) 的作用所致.在详细研究底辟区的构造及流体活动关系的基础上, 对底辟区构造应力场及渗流场的演化进行了模拟.结果显示: 构造运动引起的应力场决定了DF1-1底辟区油气沿主要断裂系走向迁移的总趋势, 在底辟区流体从底辟的两侧向其中心运移, 由底辟体中向上运移为主; 高压流体产生的热应力控制局部应力场状况及油气运移方向, 驱动流体向底辟体顶部运移, 当热应力值过大时有可能改变应力场状况以及油气运移总趋势.   相似文献   

13.
基于CFD的地震液化研究新进展   总被引:3,自引:0,他引:3  
黄雨  郝亮 《岩土力学》2008,29(8):2231-2235
综述了近年来关于液化土体流体动力学特征的试验发展状况,以及基于计算流体动力学(简称CFD)的地震液化数值模拟现状,重点介绍了目前比较活跃的可以较高精度模拟液化土体流动状态的三次伪质点数值方法(简称CIP法)。通过对CFD和传统固体力学在地震液化研究中的应用比较,指出了应用CFD的三大优势,即土体大变形问题、液化土体参数分析以及液化土体中结构物的变形应用CFD分析,均可获得较好的结果。进一步提出,在地震液化应用中,未来CFD的发展应该考虑整合液化前的土体性状研究和地震液化中桩-土-结构物的综合分析。  相似文献   

14.
王少杰  吕爱钟  张晓莉 《岩土力学》2018,39(12):4437-4447
将围岩和衬砌分别视作均质、连续的线弹性正交各向异性和各向同性体,并充分考虑衬砌的支护滞后效应和隧洞运行时的内水压力作用,运用复变函数方法中的幂级数解法,提出了正交各向异性岩体中任意形状水工隧洞的力学解析方法。以直墙半圆拱形水工隧洞为例,所获得的解析解可精确满足衬砌内边界的应力边界条件以及围岩与衬砌接触面的应力、位移连续条件,同时还将解析结果与ANSYS数值结果对比分析,吻合良好。利用获得的解析解,讨论了围岩开挖面上不同的各向异性程度、不同的弹性对称面角度以及隧洞内不同的水压荷载对衬砌以及围岩上应力和位移分布的影响。  相似文献   

15.
A procedure based on the finite element method is suggested for modeling of 3D hydraulic fracturing in the subsurface. The proposed formulation partitions the stress field into the initial stress state and an additional stress state caused by pressure buildup. The additional stress is obtained as a solution of the Biot equations for coupled fluid flow and deformations in the rock. The fluid flow in the fracture is represented on a regular finite element grid by means of “fracture” porosity, which is the volume fraction of the fracture. The use of the fracture porosity allows for a uniform finite element formulation for the fracture and the rock, both with respect to fluid pressure and displacement. It is demonstrated how the fracture aperture is obtained from the displacement field. The model has a fracture criterion by means of a strain limit in each element. It is shown how this criterion scales with the element size. Fracturing becomes an intermittent process, and each event is followed by a pressure drop. A procedure is suggested for the computation of the pressure drop. Two examples of hydraulic fracturing are given, when the pressure buildup is from fluid injection by a well. One case is of a homogeneous rock, and the other case is an inhomogeneous rock. The fracture geometry, well pressure, new fracture area, and elastic energy released in each event are computed. The fracture geometry is three orthogonal fracture planes in the homogeneous case, and it is a branched fracture in the inhomogeneous case.  相似文献   

16.
Aquifer contamination by organic chemicals in subsurface flow through soils due to leaking underground storage tanks filled with organic fluids is an important groundwater pollution problem. The problem involves transport of a chemical pollutant through soils via flow of three immiscible fluid phases: namely air, water and an organic fluid. In this paper, assuming the air phase is under constant atmospheric pressure, the flow field is described by two coupled equations for the water and the organic fluid flow taking interphase mass transfer into account. The transport equations for the contaminant in all the three phases are derived and assuming partition equilibrium coefficients, a single convective – dispersive mass transport equation is obtained. A finite element formulation corresponding to the coupled differential equations governing flow and mass transport in the three fluid phase porous medium system with constant air phase pressure is presented. Relevant constitutive relationships for fluid conductivities and saturations as function of fluid pressures lead to non-linear material coefficients in the formulation. A general time-integration scheme and iteration by a modified Picard method to handle the non-linear properties are used to solve the resulting finite element equations. Laboratory tests were conducted on a soil column initially saturated with water and displaced by p-cymene (a benzene-derivative hydrocarbon) under constant pressure. The same experimental procedure is simulated by the finite element programme to observe the numerical model behaviour and compare the results with those obtained in the tests. The numerical data agreed well with the observed outflow data, and thus validating the formulation. A hypothetical field case involving leakage of organic fluid in a buried underground storage tank and the subsequent transport of an organic compound (benzene) is analysed and the nature of the plume spread is discussed.  相似文献   

17.
A numerical model based on the theory of mixtures is proposed for the nonlinear dynamic analysis of flow and deformation in unsaturated porous media. Starting from the conservation laws, the governing differential equations and the finite element incremental approximations suitable for nonlinear large deformation static and dynamic analyses are derived within the updated Lagrangian framework. The coupling between solid and fluid phases is enforced according to the effective stress principle taking suction dependency of the effective stress parameter into account. The effect of hydraulic hysteresis on the effective stress parameter and soil water characteristic curve is also taken into account. The application of the approach is demonstrated through numerical analyses of several fundamental nonlinear problems and the results are compared to the relevant analytical solutions. The effects of suction, large deformations and hydraulic hysteresis on static and dynamic response of unsaturated soils are particularly emphasized.  相似文献   

18.
刘华北  宋二祥 《岩土力学》2007,28(4):705-710
饱和可液化土中地下结构在强震作用下会由于土层液化而上浮,从而对地下结构造成破坏。可液化土在地震结束之后,将由于超静孔隙水压力的消散而产生固结变形,而地下结构在土层震后固结过程中的响应是一个值得研究的问题。以地下结构在土层震后固结过程中的垂直位移为重点,应用非线性动力两相体有限元方法研究饱和可液化土和地下结构相互作用体系在地震后土层固结过程中的响应。研究结果表明,地下结构的上浮趋势不会在地震结束时立即结束,而是在土层超静孔隙水压力经过一段时间的重分布及消散以后停止,之后地下结构有一定的沉降位移,但沉降位移远小于上浮位移,因此地下结构在震后会残留向上的垂直位移。文中还讨论了土层的应力路径响应、水压消散过程及截断墙与土层渗透系数对地下结构在震后固结过程中响应的影响,试图讨论饱和可液化土中地下结构在震后固结中响应的机理。  相似文献   

19.
Flow analysis of liquefied soils based on smoothed particle hydrodynamics   总被引:7,自引:6,他引:1  
To overcome the disadvantages of traditional flow analysis methods for liquefied soils that exhibit fluidization and large deformation characteristics, Smoothed particle hydrodynamics (SPH) is adopted in this study to analyze the flow processes of liquefied soils. Bingham model with the use of the Mohr–Coulomb yield criterion, the concepts of equivalent Newtonian viscosity, and the Verlet neighbor list method are introduced into the framework of SPH to build an algorithm for the analysis of flowing liquefied soils. This modeling involves a simulation of physical model test of flowing liquefied soils that can be compared with numerical results. In addition, a shaking table test is selected from the literature for SPH analysis to verify the validation of the SPH method and extend its applications. The SPH simulation can reproduce the flow processes of liquefied soils and constrain estimates of the horizontal displacement, vertical displacement, and velocity of soils after liquefaction. According to the dynamic behaviors of the materials involved, designs can be implemented to improve the seismic safety of structures.  相似文献   

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