长板-短桩工法处理高速公路深厚软基的理论与方法

深厚软土地基的加固处理是目前软土地区公路或高速公路建设中的技术难点之一。本文在分析排水固结法和深层搅拌法的原理与特点的基础上，探讨运用长的塑料排水体与短的水泥搅拌桩相结合(即长板一短桩工法)的技术方法。结合路堤荷载和地基条件，提出该技术处理深厚软土地基的机理与设计方法。     

单桩复合地基加固机理数值试验研究

以数值方法为工具,“数值仿真试验”为基本思路,建立能够较准确反映复合地基性状的数值试验模型。在此基础上,对不同种类的复合地基进行全面系统的数值仿真试验,探索了单桩复合地基桩土相互作用的机理、荷载传递的性状及附加应力分布的规律,为群桩复合地基的优化设计提供理论基础。     

抗滑短桩加固滑坡体模型试验三维数值模拟分析

为解决抗滑短桩加固滑坡体理论研究不满足工程应用需要的现状,本文采用基于快速拉格朗日算法的FLAC3D软件,对桩长变化的抗滑短桩加固碎石土滑坡全过程进行三维有限元模拟,通过分析滑体位移、应力、抗滑短桩位移和桩身弯矩的变化规律,研究抗滑短桩的受力变形特性及桩土相互作用机理。研究表明:经抗滑短桩加固后的滑坡,稳定性显著提高;随着桩长增加,桩后应力分布越均匀,抗滑短桩与桩周土体的整体性越好,滑体最大位移逐渐减小,有效抑制滑体位移;当桩长小于60 cm时,滑体出现"越顶"现象,在楔形体前缘顶部形成了贯通滑动面,且发生较小范围的失稳破坏;当桩体自由段与滑体厚度比值为0.52~0.59时,加固效果最理想。研究结果对抗滑短桩加固滑坡体的抗滑机理予以补充。     

碎石桩复合地基承力性状有限元分析

本文通过对碎石桩复合地基的简化，采用有限元方法分析了复合地基的附加应力与桩身应力的分布特征；讨论了桩土应力此与桩土模量比，以及荷载及置换率的相互关系；揭了桩体变形和复合地基塑性区扩展的基本规律。即从不同角度探讨了复合地基的承力性状。     

修正等应变假定下刚性桩复合地基固结特性分析

刚性桩复合地基固结特性是影响工程进度的重要因素。为研究外荷载作用下刚性桩复合地基固结特性,结合刚性桩和桩间土应力-应变特点对等应变假定进行修正。在此基础之上,考虑涂抹效应、桩间土和下卧层土体固结特性的影响,推导得到桩间土和下卧层土体固结微分方程。基于双层地基固结理论,考虑单级匀速施加荷载和附加应力沿深度变化等边界条件,推导得到其固结度解析解。最后,利用数值模拟方法对解析解进行验证,并对影响刚性桩复合地基固结特性的因素进行分析。结果表明:理论计算与数值模拟结果较为吻合;刚性桩复合地基固结速率受到贯入比影响较大,当贯入比较小时,与天然地基相比,其固结速率较小,贯入比较大且桩端阻力系数较小时,复合地基固结速率大于天然地基;随着贯入比、桩-土相对刚度和垫层-土体相对刚度的增大,复合地基整体固结速率加快;随着置换率的增大,复合地基整体固结速率降低。     

水泥土桩加固海洋土的渐进变形破坏试验与数值分析

应用一个高度非线性的三维各向异性粘弹塑性(EVP)模型及有限元法,对一水泥土桩(CDM)加固海洋土的复合地基进行数值模拟。海洋软粘土的渐进变形采用粘弹塑性模型来模拟,水泥土桩破坏前后的应力-应变关系采用一个双曲线模型来模拟,提出了一个简单且非常实用的数值分析方法来解决水泥土桩碎裂软化的数值模拟问题。将数值模拟结果与实测数据进行了比较,二者吻合较好。     

刚性承台下刚性桩复合地基附加应力研究

复合地基内任一点的附加应力都是由桩间土所承担上部荷载和桩侧摩阻力及桩端阻力分别引起的附加应力叠加组成。根据荷载传递规律和现场试验,假定桩侧摩阻力沿深度半梯形分布,考虑到桩径的尺寸效应,采用Mindlin解对桩侧摩阻力和桩端阻力进行二次积分计算,求得桩上部荷载引起地基内任一点附加应力,桩间土上部荷载引起的附加应力采用Boussinesq解直接求得,最终叠加求得总附加应力。经工程实例验证,方法合理可行。     

钢管桩加固软土地基的数值模拟分析

针对广乐高速公路先行段,分别建立天然软土地基和钢管桩处理地基的两种平面应变有限元模型。通过施工阶段分析,分别计算得出在两种条件下地基在路堤施工过程中每阶段的位移场和应力场。通过对比分析揭示钢管桩加固软黏土地基的机理。结果表明软土地基经过桩处理后的整体性得到改善,桩通过承担很大的上部荷载减小了软弱土层的受力进而减小地基变形。此外,路堤中心处土层的应力和变形均较大,从经济角度考虑,可在路堤中心小范围内加密桩,两侧减少桩。     

多年冻土区短桩架空通风基础房屋的模型试验研究

本介绍了工程建筑物基础和多年冻土地基整体的相似模型试验，试验结果与实体取得良好的一致。从动态过程肯定了持力层为含土冰层时，冻土允许承载力Ｒｆ的可靠性，同时，明确了可依据冻土层年平均地温Ｔｃｐ＝－２．５℃时，持力层（平均）地温Ｔ＝－０．５℃，允许承载力Ｒｆ＝０．１ＭＰａ，只能建一层平房，当Ｔｃｐ＝－４．０℃时，Ｔ＝－１．０－１．２℃，Ｒｆ＝０．１５－０．１７ＭＰａ，可有条件地建二层楼房。     

短桩基础桩-土共同作用的原位测试与数值分析

通过对湖沼平原一个6层建筑的短桩原位测试和数值分析,研究了短桩基础的荷载传递与变形特性。试验结果表明,桩基的实际承载力大于计算值,而沉降远小于计算值。桩顶反力和基底土压力的观测结果显示：地基土所分担的荷载较小。对短桩基础的桩-土共同作用进行数值分析,得到了地基土层内的附加应力和分层沉降变化情况。研究结果表明,湖沼平原短桩基础的沉降以桩端以下土层的压缩变形为主。浅部硬土层既作为短桩的持力层,又有利于附加应力的扩散,从而减小了沉降。     

固结问题有限元法时步自适应研究

关于提高有限元法解的精度和稳定性问题已受到不少学者的重视。基于Biot固结理论,为提高有限元法计算的精度和稳定性,研究了固结过程中的时步自适应。采用基本原理推导出时步控制公式,从而全面控制应力和孔隙压力场。研究结果有助于准确模拟应力应变的发展,对粘土心墙土石坝等建筑物的设计及施工有重要意义。     

强夯法加固地基的多重耦合分析

强夯法加固地基的机理非常复杂,影响因素众多,且涉及到多重耦合现象。笔者综合考虑地基士的流、固、动力耦合和地基与夯锤接触表面的动力耦合情况,给出了基于三维有限单元法的计算方法和迭代格式,并对一具体算例进行了耦合数值分析,总结了地基位移、应力及接触反力等在强夯作用时间内的变化规律和在空间上的分布特征。经与实际工程资料对比,结果令人满意。说明所建立的耦合方法可用于强夯加固法求解,并提出了适宜动力分析的有效方法,可应用于其它同类问题的分析计算中。     

加筋土计算中等效附加应力法的改进

等效附加应力法的基本思路是把加筋土中筋的作用等效成外力加在土骨架上,取加筋土中的土体进行计算。这种方法能够适用于纤维加筋、分层加筋和土钉墙等不同情况,且能够克服一般复合材料方法中复合材料本构模型难以建立,和把筋土分开考虑的方法中接触面单元过多的弊病。但以前的等效附加应力法需要迭代计算,这给有限元编程带来困难,而且不利于已有程序的改编。对等效附加应力法进行改进,只要在原有土的弹性矩阵或弹塑性矩阵中加上一个附加矩阵就可以直接求解。这就使得不需要迭代就可以直接应用等效附加应力法进行加筋土计算,大大简化了编程难度,改进方法的提出有助于等效附加应力法的推广应用。     

电场-渗流场-应力场耦合的电渗固结数值分析

在非饱和土多孔介质力学理论的基础上,根据电荷守恒原理、质量守恒原理、应力平衡方程、达西定律以及欧姆定律,推导了考虑电场、渗流场以及应力场相互耦合作用的电渗固结理论方程。采用Galerkin加权余量法对电渗固结理论方程进行空间离散,得到其有限元计算列式,编制了相应的计算程序,对室内电渗模型试验进行了数值模拟。结果表明,数值模拟与试验结果基本吻合,表明该电渗固结理论方程能够定量预测电渗固结过程中土体的孔隙水压力和位移发展规律。     

加锚节理岩体的复合单元法研究

加锚节理岩体有着复杂的细部结构和力学行为,常规的数值模型很难满足模拟这种力学行为的要求。进一步发展了笔者建立的加锚岩体的复合单元法,提出加锚节理岩体的复合单元法研究。在不考虑锚杆、节理等细部结构的情况下划分网格,分别定义了加锚岩体复合单元、不连续岩体复合单元和加锚节理岩体复合单元,并建立了其数值模型。同时,在复合单元中还定义了不同材料介质的子单元用来模拟加锚节理岩体内复杂的细部构造。对加锚节理复合单元法进行了理论推导和算例研究,通过与常规有限单元法计算结果的比较,表明了加锚节理岩体复合单元法的合理性,同时也突出体现了其前处理简便的优势。     

Numerical study of slurry consolidometer tests taking into account the influence of wall friction

Three tests of slurried Jeeropilly coal tailings in a purpose-built slurry consolidometer under three different loading sequences were numerically analysed to study the friction losses quantitatively. A simplified sedimentation-consolidation theory was proposed to link the initial suspended state and soil-like state of slurries. The numerical simulations provided good agreement with the measured, and indicated the noticeable friction losses, from 11.1% to 34.2%, due to factors such as the diameter of consolidometers and loading sequences. The average coefficient of the stress (pore water pressure) stood at 1 at the beginning, and declined to a stable value around 0.55 (0.67).     

板式基础托换法开发地下空间施工过程的数值分析

板式基础托换法是应用在既有建筑物地下空间开发中的一种方法。它先施工拟建地下室的部分顶板,依靠板下土体支撑既有建筑物的荷载,同时开挖其余部分的土方。土方开挖后,再施工该区域的柱或墙等竖向构件以及底板;然后,依靠这部分底板支撑上部荷载,完成剩余的土方开挖和顶板、底板的施工。利用ANSYS建立三维有限元模型,分5个工况对托换施工过程进行分析,得到各部位柱脚的沉降规律：在土方开挖之前,中间部位柱脚的沉降大于周边部位的柱脚;土方开挖后,由于“卸载”作用中间部位柱脚出现明显的回弹,使得中间部位柱脚的沉降小于周边部位的柱脚。不均匀沉降值的大小和地基土的弹性模量以及上部结构是否加载有关。不均匀沉降产生的上部结构的附加弯矩可以通过建立二维有限元模型求出。     

土体固结弹塑性分析的参数二次规划理论及有限元解

基于广义Ｂｉｏｔ理论对土体弹塑性固结过程进行求解，建立了问题对应的参变量变分理论，并给出了数学证明，对此基础上推导了有限元分析列式，问题的求解最终化为参数二次规划问题，本文提出的方法适用于固结弹塑性分析的关联与非关流流动问题，也可处理各类软化问题。     

Wilson非协调数值流形方法

三维数值流形方法中,当数学覆盖取六面体体单元时流形单元总体位移函数中所包含的多项式并不是完全的,非完全的高次项非但对改善精度不起作用,而且还可能起相反的作用。为此,基于Wilson非协调元理论,推导了附加非协调位移基本项的流形元通用公式,通过内参静力凝聚处理,导出了消除单元内参后的单元应变矩阵、单元刚度矩阵,建立了非协调数值流形方法。数值试验表明,在规则数学网格覆盖下它们能够保证收敛,有较高的精度,从而证明所建方法的可行性。     

扩展有限元法的数值方面

扩展有限元法是一种在常规有限元框架内求解强和弱不连续问题的新型数值方法,其原理是在裂尖附近用一些奇异函数和沿裂纹面用阶跃函数加强传统有限元的基,以考虑跨过裂纹的位移场的不连续,该加强策略允许计算网格独立于不连续体几何。讨论了扩展有限元法的一些数值方面,主要包括：水平集法确定界面和加强节点与加强方式、裂尖加强范围的选择、J积分区域的确定和积分方案等。