基于初参数法的多心圆拱隧道衬砌结构内力与变位求解

基于初参数解析方法的原理,建立了混凝土衬砌弹性地基圆弧曲梁内力和变位求解的初参数矩阵方程。对于多心圆拱隧道衬砌结构,利用曲梁初参数矩阵方程,以及结构的对称性和圆拱弧段交接点处内力平衡和变位协调条件,求解出了矩阵方程中初参数值,可进一步应用初参数矩阵方程求解圆拱弧段各点的内力与变位值。实例计算表明,其解析思想是可行有效的,可为类似衬砌结构设计提供一条可靠的内力分析途径。     

地下隧洞结构区间分析的优化方法

工程中的不确定性问题可以用区间理论、随机理论或模糊理论进行求解。采用区间分析方法来处理地下隧洞结构开挖支护过程中的不确定性问题时。将结构系统中的不确定性参数用区间数来表示,用有限元方法建立系统的控制方程。该控制方程是一个包含不确定性几何参数的复杂的非线性区间方程组。讨论了两种优化计算模型,分别将方程组中的所有区间数作为设计变量,区间量的变化区间作为相应的设计变量的边界约束,运用遗传模拟退火算法求出位移和应力等响应量的最大值和最小值。通过工程算例验证了文中方法的合理性及可行性,并与端点组合方法的结果进行了比较分析。     

用区间有限元计算边坡荷载组合效应

边坡工程的稳定性受多种因素的影响,其荷载具有不确定性,可以用具有上、下限的区间数来表示,提出了用区间数学和有限元结合构成的区间有限元方法来求解边坡变形。以古树包边坡的变形为例,研究了该方法的可行性,并与常规有限元计算结果进行了比较,实例计算结果表明,该方法用于计算具有不确定性参数和荷载的工程问题的变形是有效的,与常规有限元的要考虑多种工况相比,计算工作量大大减少,使用简便,而计算结果却能满足工程需要,适合计算边坡工程。     

隧道施工数值模拟及衬砌强度安全系数分析

以某隧道为背景 ,采用二维弹塑性有限元分析方法 ,模拟隧道开挖和支护过程 ,计算衬砌和围岩内力及衬砌的强度安全系数 ,研究衬砌厚度变化对其安全系数和结构稳定性的影响 ,探讨最小衬砌安全厚度 ,为类似隧道设计施工提供科学依据     

隧道衬砌结构计算中两种计算图式的探讨

用荷载结构模型计算隧道衬砌内力,常用的模型是在局部变形理论基础上的弹性地基梁图式和弹性支承链杆图式.本文对以上两种计算图式编制了有限元程序,比较了用这两种方法计算的衬砌内力之间的差别并总结了这两种方法的适用规律,对隧道衬砌计算中选用适当的计算方法具有一定的指导意义.     

多失效模式下基于区间非概率的岩质隧道稳定可靠度分析

对于岩质隧道工程的稳定可靠度分析,一方面由于岩体参数的统计数据获取困难使得概率可靠度方法难以适用,另一方面其工程稳定与多种失效模式密切相关,须考虑隧道结构体系的可靠度问题。首先,基于区间理论,通过区间变量形式表征不确定性参数;然后,针对岩质隧道工程中多种失效模式并存的情况,引入结构体系可靠度理念,建立基于区间非概率的岩质隧道结构体系可靠度指标计算及其稳定性评价方法;在此基础上,通过工程实例验证了该方法的合理性;最后,定义不确定性参数的波动幅度,进一步分析各失效模式中不同参数对相应可靠度指标以及结构体系可靠度指标的影响。分析结果表明,各失效模式相应的非概率可靠度指标均随区间变量范围的增大而降低,且同一参数在不同失效模式中表现出不同的影响;另外,不确定性参数的变化还将导致影响岩质隧道结构体系稳定的主要失效模式发生相应的变化。     

基于连续介质模型的隧道衬砌结构可靠性研究

基于连续介质力学模型,提出了一种简单易行的可靠性分析方法,该方法能利用现行通用的有限元程序,能得到显式的功能函数,但又不同于响应面法。以公路隧道圆形隧洞的开挖支护为例,采用此方法将围岩参数c (黏聚力)、E,? 和二次衬砌厚度D作为随机变量,采用有限元程序得到单一变量变化下的衬砌轴应力值,进而拟合出衬砌轴应力关于单一随机变量的关系式,并通过多元线性或非线性回归得到衬砌轴应力关于所有随机变量的显示表达式,再对圆形隧洞的衬砌结构进行了敏感性和可靠性分析,得到了一些有意义的结论。     

盾构隧道管片衬砌的平板壳-弹性铰-地基系统模型

从Reissner-Mindlin板单元入手,研究了盾构隧道管片衬砌结构之间的连接特征及土层与管片衬砌结构的共同作用,提出了盾构隧道管片衬砌结构的平板壳-弹性铰-地基系统模型,在此基础上研制了相应的有限元计算程序。该模型考虑了管片衬砌本身的弯曲、剪切和薄膜作用,考虑了纵向接缝在正负弯矩作用下的转动刚度差异和环向结缝对结构刚度的削弱作用,以及土层与衬砌结构的共同作用。能解决盾构隧道管片衬砌结构的三维受力分析,并能计算出结构的内力和变形,弥补了二维计算模型的某些不足。验证了程序的可靠性,最后给出了工程算例的三维计算分析结果。     

考虑接头力学特性的盾构隧道衬砌结构计算方法研究

基于盾构隧道衬砌结构接头的构造特征,建立了接头的力学模型,将接头位置管片间的相互作用离散为一系列由剪切弹簧和法向弹簧组成的组合弹簧,根据得到的节点弹簧应力或法向位移在计算过程中动态调整弹簧刚度参数,将接头模型应用到衬砌结构计算中。该方法可以综合考虑衬砌结构的横向和纵向结构性能,计算管片和接头的内力与变形以及接缝的张开量。采用上海长江隧道衬砌结构整环试验结果对计算模型进行了验证,结果表明该模型能比较合理地模拟衬砌结构的变形特性。     

黄土地层盾构隧道受力监测与荷载作用模式的反演分析

为探明黄土地层中地铁盾构隧道管片衬砌结构与周围土体的相互作用关系,以西安地铁2号线穿越老黄土地层盾构隧道为研究对象,对实际作用于管片衬砌结构的水压力、土压力及主体结构内力（轴力、弯矩）进行现场动态跟踪测试,分析施工过程中盾构机动态掘进及后期稳定后的土-水压力对管片结构受力的影响。结合利用管片内力的现场实测值,采用正交试验设计分析方法,定义优化分析函数,反演分析黄土地层中盾构隧道管片衬砌结构设计荷载的合理计算参数。通过对比分析表明,运用优化后的设计参数得出的计算内力值与实测值在量值与分布上均较为接近,证实了分析方法的可行性、合理性,其成果可供类似工程设计参考。     

弧形间隔排桩-桩顶拱梁空间抗滑结构理论研究

为充分利用地形、地质结构和混凝土的材料特性,优化直线排桩的不利受力状态和提高其整体稳定性,提出了弧形间隔排桩-桩顶拱梁新型空间抗滑结构,即根据滑坡地形及地质条件弧形布设抗滑桩,桩顶设置连系梁,连系梁两端设置抗力桩,形成空间结构以抵抗滑坡推力。以抗滑桩与连系梁之间的作用力为冗力,分别建立了连系梁和抗滑桩的计算模型,并对连系梁的内力和抗滑桩的位移进行了理论分析,根据连系梁与抗滑桩连接处的位移协调条件,建立了力法典型方程求解冗力。最终得出了连系梁的弯矩、剪力和轴力以及抗滑桩的位移、内力理论计算公式。通过算例分析并与悬臂桩及直线排桩-桩顶连系梁抗滑结构比较,结果表明：空间抗滑结构中弧形连系梁的内力分布更加合理,弧形连系梁对抗滑桩的位移约束效果明显。     

基于桩-锚结构造价的锚索拉力计算模型研究

桩-锚结构的计算包括锚索拉力计算和桩身内力计算,通过锚索拉力计算桩身内力,再通过桩身内力计算结构造价,锚索拉力将影响桩-锚结构造价的计算,因此,锚索拉力计算对桩-锚结构设计尤为重要。通过对桩-锚结构造价与锚索拉力之间的关系进行分析研究,从桩-锚结构造价与锚索拉力的关系曲线、多项式拟合以及优化的变形协调条件3个方面建立与桩-锚结构造价相匹配的锚索拉力的计算模型。结合桩身内力计算的m法和K法以及结构力学中的虚功原理和图乘法理论,编写Visual C++计算程序,通过不同的滑坡工程实例对不同锚索拉力作用下的桩-锚结构造价进行计算,获得锚索拉力与桩-锚结构造价的关系图。计算结果表明:桩-锚结构造价是随着锚索拉力的增大先减小后增加的。关系曲线模型和多项式拟合模型计算的与桩-锚结构最低造价相匹配的锚索拉力与优化的变形协调条件计算的锚索拉力十分接近,可选择其中任意一种计算方法计算得到的锚索拉力作为最终锚索拉力计算值。此时,桩身弯矩的正负极值并不相等,这也表明桩身正负弯矩的极值相等时的锚索拉力并不一定是最优的锚索拉力,因为此时桩身所处的受力状态虽然比较理想,但造价可能较高,经济效益不佳。     

基于区间分析理论的地表沉降风险评价

为解决地表沉降风险的定量评价问题,提出了用区间估计的方法预测地表最大沉降,并在此基础上定义了风险评价指标。利用响应面法对地表最大沉降与地层参数之间的关系进行近似描述,基于区间分析理论确定地表最大沉降的区间范围,可较好考虑参数不确定性对计算结果的影响。以北京某在建车站主体侧洞为例,说明了此方法的适用性。     

基坑预留土台的简化分析方法研究

利用有限元软件对基坑预留土台对围护结构的内力及变形的影响规律进行研究,并对预留土台作用下围护桩的内力及变形的简化计算方法进行探讨。分析结果表明,预留土台的存在对减小围护桩的内力及变形具有显著的作用,且随着预留土台宽度、高度的增大,围护桩的内力及变形呈明显的减小趋势,但当预留土台宽度增大至约1倍开挖深度时,围护桩的变形逐渐趋于稳定。当计算预留土台作用下的围护桩变形及内力时,先利用弹性地基梁法计算该开挖深度下的围护桩的变形及内力,然后乘以预留土台的面积折减系数,即可得到预留土台作用下的围护桩变形及内力。经实际工程验证,采用该简化计算方法可较为简便地计算预留土台作用下围护桩的内力及变形。     

隧道洞口浅埋偏压段两种围岩注浆措施的抗震效果分析

为进一步提高隧道洞口浅埋偏压段的震时安全性,依托某铁路隧道洞口段工程,利用有限差分数值计算软件对两种围岩注浆抗震措施的抗震效果进行了研究,对比分析了围岩采用接触注浆与间隔注浆两种抗震措施对隧道衬砌结构位移以及内力的影响。研究结果表明:围岩采用接触注浆抗震措施后,二衬结构横向及纵向位移分别减小了86.7%、38.1%,轴力及弯矩平均减小了45.12%、64.20%,最小安全系数平均提高了61.36%;围岩采用间隔注浆抗震措施后,二衬结构横向及纵向位移分别减小了49.3%、23.8%,轴力及弯矩平均减小了39.42%、44.90%,最小安全系数平均提高了43.11%;围岩采用接触注浆抗震措施的抗震效果优于间隔注浆抗震措施。研究成果可为隧道洞口段抗震技术的发展提供参考。     

旋挖钻机碎岩计算方式的分析探讨

结合外载碎岩基本现象,对旋挖碎岩基本过程进行分析,得出其在回转钻进情况下的螺旋破碎的碎岩形式。然后根据岩石破碎时的压入条件,以单个截齿为研究模型,得出轴向压力的理论计算公式,继而参考库伦纳维的内摩擦理论,得出了切削力的理论计算公式。根据不同钻具形式,将单个截齿的计算公式扩展,得到了旋挖钻机压力和扭矩参数的计算公式。将轴向力与切削力计算公式中在特定工况下的影响因子简化,得出了旋挖钻机钻进过程中进尺速度与切削力的理论关系。最后利用LS-DYNA动态分析软件模拟了单个截齿在不同侵深条件下的切削力变化曲线,并将曲线与同等工况下理论计算的曲线进行对比,得出单个截齿的入岩参数理论计算公式。可为入岩旋挖钻机设计提供参考。     

圆形深基坑排桩框架支护结构算法

圆形深基坑工程在我国西南地区渐有出现,在其中的以砂卵石地层为主的地区深基坑支护结构型式多为排桩结合多道圈梁构成的排桩框架结构,但实践中一直没有合适的结构计算方法.针对工程实际的迫切需要,基于结构力学分析方法,提出了确定圆形深基坑排桩框架结构内力和变形的理论计算方法,即按多跨连续梁和弹性地基梁模型分段分析围护桩内力与变形,并考虑桩梁变形协调分析圈梁内力及变形,推导出了围护桩和圈梁的内力及变形理论计算公式.开展了模型试验研究,结果表明,桩顶侧向位移理论值与试验值分布规律整体上具有相似性,说明了理论计算方法具有一定的合理性.最后,给出了一具体实际工程的排桩和圈梁的内力及位移分析结果.     

弹性抗滑桩锚固段内力计算的反力荷载法

传统的抗滑桩锚固段内力计算是将锚固段视为Winkler弹性地基梁,以幂级数解法为基础,采用地基系数m法或K法,通过查表得到桩身内力,计算过程较为繁琐,且受表中各系数的截断误差的影响,常使内力计算结果存在一些偏差。以地基系数m(K)法的有限差分法是一种较为理想的方法,但需通过迭代计算,且分段数较多。本文基于地基系数m(K)法推导了抗滑桩锚固段内力计算的反力荷载法计算公式,提出了计算精度控制方法;较之于有限差分法,本文方法无需迭代计算,具有分段数少的特点;编写了全桩内力计算和图形处理程序;计算实例表明,与传统方法相比,可有效提高抗滑桩内力分析效率和计算精度,有利于抗滑桩结构的优化设计。     

基坑支护结构的空间分析

对基坑支护结构的空间分析与计算进行了探讨。提出了空间弹性抗力法的概念,建立了空间分析的计算模型,将弹性抗力法应用于基坑支护结构完全意义上的三维空间计算。对影响整个支护系统受力和变形的各种因素进行了分析,得出了相应的结论,可供工程实践参考应用。     

水平浅埋条形锚板极限抗拔力上限计算

作为一种提供抗拔力的基础形式,锚板在实际工程中有广泛的应用。在上限定理的基础上,根据线性破坏准则,对锚板上的填土建立机动容许的速度场,运用关联流动法则以及速度边界条件求解条形锚板极限抗拔力的上限解。把锚板上填土的抗剪强度指标c、? 作为变量参数,对锚板上部填土建立两种新的含有变量的容许速度场。根据外力功率与内部耗能相等原理,求出极限抗拔力的目标函数与约束条件,并根据“序列二次规划算法”对该问题进行优化。将研究结果与已有文献资料进行分析比较,可以证明本文方法的有效性。参数分析结果表明：在同样条件下,两种破坏模式的极限抗拔力差别不大;岩土体密实度、抗剪强度指标c、?、锚板埋深率和锚板几何形状对锚板承载能力和锚板抗拔破坏区域均有较大的影响。