地震作用下大型多岔调压井衬砌结构数值分析

针对地震作用下的深埋多岔圆形调压井,采用三维非线性有限元对其洞室开挖及衬砌结构受力特性进行了计算分析。引入岩石弹塑性损伤本构关系模拟地下调压井洞室的开挖效应;基于模拟结构支护的隐式锚杆、锚索单元,提出了复杂体型的调压井洞室开挖支护及衬砌开裂的计算方法;采用波动场拟静法对地震波作用下混凝土衬砌结构受力、变形特性进行了计算,给出了衬砌开裂的裂缝宽度和结构配筋的计算公式。通过小湾水电站调压井的工程实例计算,分析了空间多岔调压井衬砌结构在地震作用下的变形、开裂特性和应力分布规律,验证了模型的合理性与计算方法的可行性,为强震地区大型复杂调压井结构设计施工和安全校核提供了新思路和参考依据。     

水工压力隧洞结构配筋计算分析

四川地区某水电站引水发电洞压力隧洞结构受力情况复杂,隧洞衬砌结构配筋计算是工程的重要环节。运用三维有限元仿真技术进行模拟计算分析,选定衬砌结构配筋的参数。实践证明三维有限元仿真计算方法可靠工程运行多年,隧洞衬砌监测数据正常。     

地震荷载作用下大坂盾构隧道管片配筋校核

将盾构隧道管片视为分段曲梁、管片之间为铰接关系、管片与地层之间为非线性接触关系,边界采用无限元吸收地震波的反向与折射,地层服从Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,地震波采用EI-Centro波,采用地层-结构法,应用隐式动力有限元分析地震荷载作用下管片轴力与弯矩分布情况。根据有限元计算结果,结合结构力学方法,校核管片配筋是否合理。与荷载结构法相比,其方法可模拟围岩与管片、管片与管片之间的相互关系,并可考虑锚杆等支护结构对管片受力的影响,因而,计算结果更为精确。研究为盾构隧道管片配筋优化设计,降低隧道支护成本,提供了一种管片配筋校核计算方法与设计依据。     

可液化土中地铁结构的地震响应

在饱和土耦合作用与土和结构相互作用理论基础上,以地铁车站为例,用有限元法研究地下结构在地震液化作用下的响应。所采用的软件为动力两相体非线性有限元软件Dyna-Swandyne-II,该软件可以应用先进的Pastor-Zienkiewicz III广义塑性模型模拟可液化土的动力特性,应用u-p形式的Biot方程,在有限元分析中充分考虑孔隙水与土之间的耦合,同时考虑地下结构与饱和土在动力作用下的非线性相互作用。分析了地铁车站的动力响应,包括地铁内力、加速度以及地铁位移。研究结果表明,地铁结构在地震液化作用下会产生较大的上浮,从而对结构造成比较严重的破坏;地铁结构在地震作用下的最大内力位于结构的交接处。因此,结构交接处的配筋应该格外小心。     

含扩径桩的群桩基础竖向承载性状数值分析

为探讨扩径缺陷桩对竖向荷载作用下群桩基础工作性状的影响,建立了一个群桩基础数值分析模型。采用三维非线性有限元/无限元方法对正常桩基础及含有浅部或深部扩径缺陷桩的群桩基础进行了一系列对比分析。分析结果初步揭示了竖向荷载作用下含扩径缺陷桩的桩基础基本工作特性,得出了扩径缺陷对群桩各桩间轴力分布及承台弯矩分布影响的基本规律性。研究成果不仅有助于认识和合理判断扩径桩的工作机制,而且对评价有扩径缺陷的桩基承载性状、选择缺陷处理技术及桩与承台的结构设计都具有重要的实际意义     

高压引水隧洞衬砌的透水设计研究

国内大都采用荷载结构法及限裂设计的方法对水工高压隧洞的衬砌进行不透水设计。而实践证明,不透水设计并不适合于高压引水隧洞,它将导致过高的配筋量。目前,国内水工高压隧洞结构透水设计尚无适用的规范可循,因此,有必要寻求一种合理、安全的透水设计方法。针对水工高压隧洞,基于体力理论,提出一种对衬砌结构进行透水设计的有限元计算方法,并将其应用于某水电站工程。该方法可模拟隧洞的施工过程和运营检修工况,考虑渗流场和应力场的直接耦合作用,根据内力值计算衬砌裂缝的开展宽度以及相应的配筋量等。通过对比分析,说明在衬砌透水设计中隧洞满水状态为对其进行配筋的控制工况,且结果更符合工程实际,并能大大节省配筋量。     

基于耦合分析法的地铁隧道抗震研究

在土体与结构动力相互作用理论的基础上,提出用有限元和无限元耦合分析法对地铁隧道结构进行抗震分析。为考虑相互作用的非线性特点,选用Ramberg-Osgood骨架曲线来模拟土体本构关系的非线性特性,同时选用GOODMAN单元来模拟土与结构接触面上的非线性接触状态。以双洞口矩形隧道结构为例进行了动力反应的分析与比较,得到了一些有益的规律和结论。     

SAP2000在水工混凝土结构配筋计算中的应用

简要介绍了SAP2000的分析功能以及分析流程,并利用SAP2000对水电站厂房尾水管进行结构配筋计算。将SAP2000应用于水工混凝土结构配筋计算,具有操作方便,计算准确容易受到设计工程师的广泛应用等优点。将其用于进行水工结构分析,是一种新的尝试和新的途径。     

爆炸荷载作用下浅埋结构动态响应有限元计算

采用有限元数值计算方法分析了地下浅埋结构的非线性动力响应,得到了结构在不同时刻的动态响应模拟计算数据。该地下浅埋结构由金属壳体和上覆土体共同组成,对于土体和金属壳体分别采用Drucker-Prager和Mohr-Coulomb屈服准则以及弹塑性本构关系,分析其非线性动态位移场和应力场。根据爆炸试验数据,研究了爆炸冲击波随距离和时间的变化过程,并且将其作为作用在结构内部的爆炸荷载。有限元数值模拟结果表明,采用非线性有限元模拟爆炸冲击荷载作用下地下浅埋结构的弹塑性动力响应是有效的,并且证明所设计的地下防护结构是安全的。     

新型预应力支护桩结构体系及配筋方法研究

常规桩锚支护体系中支护桩主筋不能回收,支护任务完成后成为建筑垃圾,造成极大的资源浪费。为响应国家“双碳”战略,提出一种新型可回收主筋的预应力支护桩。对该新型支护桩的结构构造、材料选择、施工工艺流程、回收主筋技术要点等方面进行介绍,对其受力方式和工作机理进行深入研究,基于传统的计算方法,提出一种新的配筋计算方法。为了确定新方法中张拉控制应力的合理取值范围,应用ABAQUS有限元软件进行了数值模拟分析,得到不同工况下新型支护桩的抗弯承载力,并将其与新的配筋计算方法得出的抗弯承载力结果进行对比,结果表明,新的配筋方法仅适用于张拉控制应力不超过300 MPa的情况。     

土工格栅加筋砂土的变形与破坏机理解析

利用可考虑局部破坏的非线性弹塑性有限元，对无加筋和加筋砂土的平面应变压缩试验结果进行了从小变形到破坏的全过程数值解析。加筋砂土试验体用土工格栅分6层和11层进行加筋加固。将等价二维有限元解析所得到的解析结果与试验得到的实测值进行了较为伞面的比较，结果表明：合理的二维非线性弹塑性有限元解析，不仅可以较为精确的模拟加筋砂土的平均心力-应变特性，而且还可以全面地调查试验体的局部应力-应变分布以及剪切破坏发生状况，从而，对加筋砂土的变彤破坏以及加筋材的加州机理有一个更加全面合理的认识。     

Computational simulation of time-dependent behavior of soil–structure interaction by using a novel creep model: Application to a geosynthetic-reinforced soil physical model

In this paper, a model geosynthetic-reinforced soil retaining walls (GRS-RW) is tested by vertically loading it through a rough footing on the top near the retaining wall and the results are simulated by a sophisticated nonlinear Finite Element Method (FEM) having a novel rate dependent constitutive model for both the backfill material and the geosynthetic reinforcement. Usually, polymer geosynthetic reinforcement is known to exhibit more-or-less rate-dependent stress–strain or load–strain behavior due to their viscous properties. The geomaterials (i.e., clay, sand, gravel and soft rock) also exhibit viscous properties. The viscous behavior of geometrials are quite different from that of the polymer based geosynthetic-reinforcements. It has been revealed recently that viscous behavior of sand is a kind of temporary effect, which vanishes with time. So the rate-dependent deformation of backfill reinforced with polymer geosynthetic reinforcement becomes highly complicated due to interactions between the elasto-viscoplastic properties of backfill and reinforcement. In the present study, a scaled model geosynthetic-reinforced soil retaining wall is tested with a vertically loaded rough rigid footing. The results of the model test are simulated by using an appropriate elasto-viscoplastic constitutive model of both sand and geogrid embedded in a nonlinear plane strain FEM.     

基于强度折减法的某变电所边坡稳定性分析

为评价某山区变电所高填方场地稳定性,预测该场地布设支档结构后可能产生的滑裂面的形态,采用有限元强度折减法分析了该场地的稳定性。以现场原位测试及土工试验检测数据结合工程经验,综合确定了有限元计算参数。采用场地塑性应变增量贯通区作为场地上部失稳滑裂面,并采用极限平衡法对该滑面进行了验算。经分析计算,得到了场地支档结构墙顶水平位移与边坡安全系数的关系,发现极限平衡验算结果较有限元分析结果明显偏大,偏于不安全。     

基于三维非线性有限元的边坡稳定分析方法

刚体极限平衡法不能反映岩体中实际的应力分布,而基于有限元的强度折减系数法在判断收敛性方面存在一些问题。为了解决这些问题,采用多重网格法,分别建立用于有限元计算的结构网格和用于计算滑面稳定安全系数的滑面网格,可以方便地获得任意滑面或滑块的稳定安全系数,从而将非线性有限元和极限平衡分析结合起来。为了提高计算规模和计算精度,采用有限元并行计算程序TFINE.Pfem进行计算,分析了网格密度对计算结果精度的影响,并应用于锦屏高边坡的稳定分析中。与刚体极限平衡法结果的对比分析表明,由于考虑了计算过程中的非线性应力调整,该方法的计算结果比刚体极限平衡法偏大,而且更符合实际情况。     

北京千灵山生态修复边坡稳定性研究

开采形成的矿山岩质高陡边坡,造成山体缺损、水土流失、生态破坏,容易产生边坡失稳、崩塌滑落等地质灾害,急需进行生态修复治理。本文以北京市西郊千灵山生态修复岩质高陡边坡为例,根据地质雷达实测剖面分析及室内试验得到的岩体内部结构信息和岩石力学参数,建立了生态边坡的地质力学模型,并用有限元强度折减法对千灵山岩质高陡边坡生态修复前后的稳定性进行了模拟计算。结果表明,非降雨、降雨（饱水）条件下自然岩石边坡和生态修复后的边坡其安全系数分别为17、12.5、5、2;边坡变形以坡脚和生态带区域的中下部位最大,边坡潜在滑动面主要沿坡脚45＆#176;方向上扩展。因此,岩石边坡坡脚和生态带区域的中下部位应是重点加固区,需通过锚杆加固和有效排水对之进行处理。     

交通荷载作用下软基加筋道路变形机制研究

为研究交通荷载作用下考虑软土软化效应的软土地基加筋道路动力响应问题,以室内动三轴试验为基础,通过回归分析得到了软土在循环荷载作用下动模量衰减的经验公式,编制了用户子程序。将该公式导入有限元分析软件中,采用有限元对软基加筋与不加筋道路在交通荷载作用下的动力响应进行了对比分析,研究了软基加筋道路的作用机制。结果表明,软土的软化特性对软基加筋和不加筋道路的动力响应有明显影响;加筋的效果随着荷载作用次数的增大而逐渐变大;加筋可以约束土体的水平变形,减小道路的整体沉降和不均匀沉降以及减小交通荷载影响软土地基的深度。     

新型锚管构架在边坡加固中的应用

针对边坡病害治理工程往往存在工期紧、施工场地受限等特点,研究了一种用于边坡加固的新型结构,即锚管构架。介绍了锚管构架的组成和特点,基于Winkler理论,建立了锚管构架的力学计算模型,并编制了弹性杆系有限元计算程序。将锚管构架应用于西气东输管道沿线某填土边坡的病害治理中,结果表明,按照Winkler理论建立的计算模型较好的反映了锚管构架实际的受力和变形形态,输气管道的安全运营得到了保障。     

基于Strand7平台的索膜结构找形分析及API程序实现

索膜结构为柔性的张拉结构体系,必须通过施加预应力和调整结构曲面曲率使之处于稳定的初始平衡状态,本文采用非线性有限元找形方法,以大型通用有限元软件Strand7为平台,用其二次开发程序Strand 7API编制了相应的程序,对两个典型的索膜结构实例和一个大型索膜结构工程进行了找形验证。分析结果发现该找形方法适合各类索膜结构的找形分析,可以快速有效地得到索膜结构的初始平衡形态。     

边坡治理工程的数值模拟研究

边坡作为地质体，往往具有复杂的结构和地质力学特征，这些特点在一般的边坡治理工程设计中往往难以全面反映。本文结合实际工程，介绍了在较全面考虑边坡质体上述特性的前提下，采用数值模拟方法对边坡治理工程所进行的方案论证和设计优化。     

沥青混凝土心墙坝非线性有限元应力变形分析

利用大型通用有限元分析软件ABAUQS的用户开发平台,实现了Duncan-Chang 模型的接口开发,完成了某沥青混凝土堆石坝的填筑与蓄水过程二维非线性有限元仿真模拟,得到了坝体和沥青混凝土心墙的应力与变形等结果,其成果对工程坝体断面优化分区、沥青混凝土心墙防渗设计可提供参考依据;同时表明：充分利用ABAQUS已经具备的非线性分析功能,二次开发是完成土石坝非线性应力应变分析的有效解决方案。