动刚度和动力触探在强夯地基检测中的应用

通过平板静力载荷试验与动力触探、地基动刚度测试的对比,提出了应用动力触探、地基动刚度测试两种手段对碎石土强夯地基进行联合检测的新思路,建立了相关经验公式,工程实践验证了公式的可行性。应用表明,两种方法的结合能够快速而准确的进行承载力的检测。     

基于SBFEM的层状地基埋置管道动力响应求解与分析

针对层状地基,采用改进的比例边界有限元算法(SBFEM)与有限元算法相结合,求解层状地基内刚性埋置管道动力响应问题。改进的比例边界有限元算法引入一个新的坐标变换关系,以一条相似轴代替传统SBFEM的相似中心,并利用加权余量方法得到层状地基动力刚度矩阵方程,最后与有限元法在远场和近场交界面进行耦合,由此求得层状地基埋置管道的动力响应。数值算例验证了算法的准确性,并利用该算法分析了层状地基的非均质特性、泊松比以及埋置深度对管道动力响应的影响,以期为工程实际提供必要的数值依据。结果表明:地基的非均质特性和泊松比对埋置管道的动力响应均有显著的影响;随着埋置深度的加大,管道在相同荷载作用下的动力响应均减小。     

列车荷载下轨道系统-层状横观各向同性饱和地基动力响应

基于Biot波动理论,构建列车荷载-轨道系统-双层状横观各向同性饱和地基模型,将模型分为上覆路轨系统和地层系统。对上覆路轨系统和地层系统处理,并利用双重Fourier变换技术,在变换域中将横观各向同性饱和地基动力响应的求解简化为求解一个6阶控制方程的特征值问题,进而得到了列车荷载作用下双层横观各向同性饱和地基力响应的解析结果。利用离散Fourier逆变换得到数值计算结果,重点分析了上下土层的刚度和泊松比对位移和孔隙水压力和剪切应力响应的影响,结果表明,上、下土层刚度差异对地基动力响应有较大影响,土层各向异性参数中模量的影响较泊松比大。计算结果可为软土路基加固深度的确定提供理论依据。     

结构-地基动力相互作用的时域模型

结构-地基动力相互作用是结构地震响应分析及安全评估的一个非常重要课题。基于比例边界有限元法,提出了一种新颖的结构-地基动力相互作用的时域模型,即采用比例边界有限元子域模拟近场有限域部分,采用高阶透射边界模拟远场无限域部分。通过采用连分式展开和引入辅助变量,有限域的动力方程采用高阶的静力刚度矩阵和质量矩阵表示。高阶透射边界精确满足无限远处的辐射边界条件,具有全局精确、时间局部和收敛速度快等优点。它是基于改进的连分式法求解无限域动力刚度矩阵而建立的,在时域里表示为一阶常微分方程组。通过联立有限域和无限域的运动方程,建立了结构-地基相互作用的标准动力学方程,采用Newmark法可直接求解。3个算例结果表明,该算法在时域里比黏弹性边界更精确、有效。     

PHC管桩动力特性试验研究

系统地阐述了竖向/水平-回转耦合强迫振动和扭转自由振动等动力特性测试的原理和计算方法,并对某新建火力发电厂PHC管桩进行了动力特性试验。试验分析计算所得的抗压刚度Kz、抗剪刚度Kx、抗弯刚度Kj、抗扭刚度Ky和竖向振动阻尼比zz、水平-回转耦合振动第1振型阻尼比zxj1、扭转振动阻尼比zy 离散性小,有很好的规律性。试验是在桩头自由条件下进行的,实际桩头嵌固在桩基承台中,增加了桩头的嵌固条件和承台侧面填土抗力的影响,故具体应用时可根据承台结构、承台侧面填土、承台底面与地基土接触等具体情况酌情予以提高。     

现浇混凝土薄壁管桩复合地基动力反应特性分析

针对目前现浇混凝土薄壁管桩复合地基动力特性分析中二维计算模型的不足,提出了一种基于等效刚度原理的简化模型。基于河海大学岩土工程研究所开发的二维动力有限元计算程序,并通过工程实例,分析了这种新型复合地基的动力特性。研究结果表明,现浇混凝土薄壁管桩复合地基在地震作用下,与原天然地基相比,地表水平向绝对加速度增大,竖直向绝对加速度显著减小;地基内部水平向受力的整体性较好,而竖直向较差。从地基的动剪应力计算结果可知,现浇混凝土薄壁管桩复合地基对抗震有利。     

具有不规则界面的层状地基三维动力响应的薄层法

天然地基通常含有不规则的分层界面。对此,提出了一种计算具有不规则界面的层状地基三维动力响应的薄层法,推导了简谐点源作用下不规则分层半空间三维动力问题的基本解。基于双重Fourier变换,获得弹性介质在频域-波数域内的薄层单元系统控制方程;利用模态叠加原理,推导了半无限长和有限长薄层单元的刚度矩阵,引入完美匹配层模拟波向底层半无限空间的传播,从而构建可考虑土层界面沿横向不规则分布的三维层状地基计算模型,获得了简谐点源作用下不规则分层地基三维动力问题的基本解;通过与既有方法的对比分析,验证了新方法的正确性。最后,利用该方法计算了具有倾斜分层界面的双层地基在简谐荷载作用下的动力响应,结果表明：界面倾斜导致的动力响应差异大,且随着倾斜度以及荷载频率的增加而变大。在进行天然地基的动力分析时,需考虑地基的不规则分层特性导致的振动响应差异。     

双参数地基上弹性板的动力分析

采用双参数地基模型和基于Mindlin板理论的8节点等参单元,根据Hamilton变分原理,推导了弹性地基上弹性板动力分析的有限元公式,将地基效应和板面质量分布归并到板的刚度矩阵和质量矩阵中,采用边界元法考虑板域外地基变形的影响。分析了四边自由矩形板的自由振动和强迫振动,计算的自由振动固有频率与实测结果相近,发生共振时板的强迫振动动力响应达到峰值,在给定的阻尼比条件下,无阻尼的稳态响应与有阻尼的稳态响应趋于相同,阻尼能够显著降低板的共振响应。     

列车激振荷载下PCC桩复合地基动力分析

PCC桩-网复合地基作为一种新型处理软土路基的结构形式,在软弱土地区高速铁路建设中已获得应用,其在列车激振荷载下的动力特性值得研究。本文确定了合理的列车动荷载加载形式,应用有限元软件ABAQUS建立了轨道-路堤-桩-土复合地基三维动力耦合有限元模型,基于基床、桩、垫层和地基模量参数变化,进行了路堤、桩体以及地基土的动力特性分析。结果表明：PCC桩复合地基动应力响应有别于实心桩,动应力波在管桩中发生反射交叠作用,桩与垫层动力相互作用大于土与垫层动力相互作用。基床表层模量变化对桩-土动力变化影响不大。垫层刚度的增加提高了桩体的动荷载分担比,同时桩顶动应力随着桩与垫层动力相互作用的增强而增大。随着PCC桩模量的提高,动应力在桩体中传播速度加快,动应力增大,使其承担了大部分动荷载,有效地降低了地基土承受的动荷载,同时减弱了上部荷载在复合地基内部影响。随着距离中心桩距离的增大,边桩动应力逐步减小。     

灌注桩动力特性试验与数值模拟研究

结合某风洞建设项目现场桩基动力特性试验,采用三维有限差分模拟软件FLAC^3D建立双桩模型基础进行计算机仿真,分析结果与试验数据吻合良好,验证了基于桩−土−结构共同作用开展数值模拟求解设备荷载作用下桩基础动力响应方法的合理性。进一步建立灌注桩后注浆模型,探讨采取不同桩侧阻力和桩端阻力增强系数对桩基动力特性的影响。结果表明：灌注桩后注浆对竖向振动的共振频率没有影响,对水平回转振动的共振频率、最大振幅、地基抗剪刚度系数和地基水平转向第1振型阻尼比的影响均很小;灌注桩后注浆能起到提高桩基抗压刚度、减少桩基最大振幅的效果,但相对于未注浆其效果有限。     

基于土石坝动力特性的坝料动力参数反演

采用现行的室内外试验方法确定的土石料动力参数与实际坝料的动力参数有何差异是人们关心的问题之一。提出了基于土石坝动力特性的坝料动力参数反演方法,并使用该方法反演了一个假想混凝土面板堆石坝的坝料动力参数,证明该方法是可行的,计算精度基本满足实际工程要求。利用紫坪铺面板堆石坝在汶川地震中的余震加速度响应信息,反演了坝料的最大动剪切模量系数K和指数n。结果表明,由室内动三轴试验得到的坝料最大动剪切模量系数K值偏小,建议进一步研究予以修正。     

尾矿料的动力特性试验研究

通过对某铜矿的尾矿料进行动三轴和共振柱试验,研究了尾矿材料动力变形特性,提出了简单实用的孔隙水压力模型,给出了能更加准确地预测尾矿材料的动孔隙水压力的公式,并将其与Seed提出的预测公式进行了比较。在不同密度尾矿料的动三轴试验基础上,分析了相对密度对液化特性的影响,得出了相对密度小于70 %时抗液化强度随相对密度的增加而明显增加的结论。在不同围压下进行动三轴试验,结果表明：在相同的液化振次条件下,围压越高,动剪应力比越低。由共振柱试验可知,尾矿料的阻尼比随着动剪应变幅的增大而增大,而动剪模量随动剪应变幅的增大而减小,动剪模量和阻尼比与动剪应变幅的关系受围压影响不太敏感。     

冻融循环对粉砂土动力特性影响的试验研究

借助GDS动三轴试验研究了不同负温下经历多次冻融循环后粉砂土的动应力、动模量、动模量比和阻尼比等动力参数的变化规律。试验发现，相同动应变下，冻融循环与动应力和动模量呈负相关性，而与动模量比和阻尼比呈正相关性，随着冻融次数增加，动应力和动模量都减小，动模量比和阻尼比都增大，通过回归分析分别给出了动模量比与动应变关系曲线和阻尼比与动应变关系曲线的归一化拟合模型。冻融循环对初始动模量和最大阻尼比影响显著。随着冻融次数增加，初始动模量减小，而最大阻尼比增大。分别对不同负温下冻融次数对初始动模量和最大阻尼比的影响进行了回归分析，提出了冻融次数修正系数的计算公式。结果表明，温度越低冻融循环对粉砂土动力特性影响越明显，经历5次冻融循环后的动力参数相对稳定，建议将5次冻融循环后的动力参数作为基本参数进行动力反应分析计算。     

复合单元法动力分析初步研究

复合单元法是一种适用于不连续介质结构分析的数值计算方法,优点是建立网格时不用考虑结构中不连续面,计算时能离散模拟不连续面。在复合单元法静力计算模型的基础上,提出了复合单元的动力分析方法。给出了复合单元动力分析的质量矩阵和阻尼矩阵的具体表达式,通过质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵将分布于复合单元内部的惯性力和阻尼力分别转移到复合单元的广义节点上。建立了惯性力、阻尼力、动力荷载及弹性力作用下的复合单元动力系统的控制方程组。以一个基岩内含有两条断层的混凝土重力坝模型地震为例,采用复合单元法动力分析程序进行计算,其结果与有限单元法解吻合得较好,说明所提出方法的正确性和有效性。     

冲击荷载作用下软土隧道结构热-流-固耦合动力响应分析

爆炸对结构物的作用可以看成是冲击力和热的共同作用结果。基于Biot热弹性波动理论,利用饱和多孔介质热- 流-固耦合动力响应模型,研究了饱和软黏土中隧道结构内受指数衰减热/力冲击荷载作用下的动力响应。利用Flügge薄壳理论,得到隧道结构的运动方程。考虑土-结构接触面上的协调条件并利用热-流-固耦合动力响应模型的通解,得到了热/力冲击荷载作用下应力、位移和孔隙水压力响应在Laplace变换域中的解。利用Laplace数值逆变换技术得到数值计算结果,探讨了冲击荷载和热荷载作用下隧道结构刚度和厚度对应力、位移和孔隙水压力响应的影响。结果表明：在爆炸冲击荷载作用下,隧洞衬砌对周围土体起到很好的屏蔽作用,且衬砌刚度越大,其保护效果越好;衬砌与土体接触面上应力随衬砌刚度增大而减小,并且刚度越大应力衰减越快;衬砌刚度和厚度对热冲击的位移响应有明显影响,而对其温度响应的影响较小。     

不同冻结条件下辽西风积砂土动力参数试验研究

为研究不同冻结条件对辽西风积砂土动力参数的影响, 以京沈客运专线阜新段路基为研究背景, 利用GDS冻土动态三轴测试系统对不同温度、 水分、 冻融次数下风积砂土的动弹性模量及阻尼比进行了测试, 获得了土体动弹性模量及阻尼比的变化规律, 提出了风积砂土动力参数的修正系数。结果表明： 随着环境温度的降低, 土体动弹性模量逐渐增大, 阻尼比逐渐减小, 温度与动弹性模量之间近似呈线性关系, 与阻尼比呈指数关系; 随着含水率的增加, 土体动弹性模量逐渐增大。存在着一个含水率敏感区间, 在此区间内动弹性模量变化较为明显, 含水率与阻尼比之间关系不明显, 随着含水率的增加阻尼比稍有降低; 随着冻融循环次数的增加动弹性模量逐渐降低, 阻尼比逐渐增大, 前5次冻融循环对土体动力参数的影响较大, 之后影响逐渐减小。在此基础上, 建立了风积砂土动力参数的修正系数, 能够较好的反映不同冻结条件下土体动力参数的变化规律, 为季冻区铁道工程建设提供参考。     

循环荷载下水泥土桩复合体动力参数试验研究

水泥土桩被广泛应用于软土路基加固工程中。然而,人们对水泥桩与桩间土形成的加固体的动力特性尚缺乏认识,无法合理评价水泥土桩复合地基的长期性能。基于此,本文开展水泥土桩复合体大型动三轴试验,研究围压、静偏应力、置换率及分级加卸载路径对其动力参数的影响,并分析了动力参数的波动性。试验结果表明:随着静偏应力增加,复合单元体的动弹模量减小,阻尼比增大,临界动应力比减小。随着置换率增加,动弹模量略有增加,阻尼比略有减小。逐级卸载造成复合单元体的动力参数劣化。阻尼比具有较强的波动性,复合单元体阻尼比的变异系数是动弹模量的2.8～7.0倍。相比于软土,复合体动弹模量提高了2～6倍,静偏应力越大,提高系数越大。     

应力比与含水状态对松散堆积体动力参数及地表反应谱的影响

动剪切模量Gd与阻尼比D是岩土体地震反应分析的两个主要参数,而初始状态是动力参数主要影响因素之一。通过大型动三轴试验,研究了应力比与含水状态对松散堆积体Gd与D的影响。试验结果表明,应力比Kc对松散堆积体最大动剪切模量Gdmax有重要影响,一定范围内（Kc=1～3）,Kc越大,最大动剪切模量Gdmax越大,在Hardin公式基础上发展了一个考虑Kc影响的经验公式。对比松散堆积体饱和与风干两种状态的Gd/Gdmax-?dn（归一化动剪应变）关系曲线,发现风干状态下松散堆积体的Gd/Gdmax-?dn关系表现出更明显的非线性,另外风干状态阻尼比略大于饱和状态。应用改进的Gdmax经验公式与Gd/Gdmax-?dn关系进行了松散堆积体地表的地震反应谱分析,计算结果表明,应力比与含水状态对地表加速度反应谱有重要影响。