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。     

冻融循环后筋土复合体加载破坏试验研究

模拟野外实测降温过程,对筋土复合体进行开敞条件下的冻融循环,然后对筋土复合体进行加载破坏试验,得到加载过程中墙体的竖向变形与墙面的水平位移结果．对试验结果进行有限元数值计算,其中土的本构模型采用Drucker-Prager（D-P）理想弹塑性模型,单元类型选用四节点平面等参单元,把筋材的作用等效成附加应力沿筋的方向加在...     

考虑格栅流变性的加筋挡土墙格栅等效应力计算

将土工格栅加筋土作为宏观均匀的各向异性材料 ,在考虑格栅与土之间变形协调、土为满足Mohr Coulomb破坏准则的理想弹塑性材料及格栅为粘弹性材料的条件下 ,假定格栅加筋土宏观应力由土和筋材两种微观应力所组成 ,通过引入格栅的流变模型 ,建立了筋土复合体中格栅的等效应力计算方法 ,并将结果与未考虑流变时的格栅应力法进行了对比分析。     

高摩阻超静定土工格栅在粗粒土夹层中的剪胀作用研究

在加筋土工程中,采用异型格栅和设置粗粒土夹层可以有效增强筋土相互作用。然而粗粒土夹层厚度的确定方法仍有待进一步研究。基于一种带有凸起节点结构的高摩阻超静定土工格栅（high resistance hyperstatic geogrids,简称HRHG）与砾石的直剪试验结果,建立了剪切硬化筋土界面的剪胀本构模型,并进一步研究了筋土剪胀应力在土体内引起附加应力的分布规律。通过开展不同法向压力（30、50、80 kPa）下的直剪试验,研究了不同粗粒土夹层厚度（60、100、140、180 mm）对筋土相互作用的影响,并与筋土界面剪胀应力的分布规律进行了对比分析。结果表明,筋土界面剪胀本构模型可以有效计算剪缩位移和剪胀位移,且最终剪胀位移随法向压力增加而减小。由界面剪胀应力引起的粗粒土中附加应力随着与筋土界面距离的增加而降低,但是剪胀范围逐步增大。粗粒土夹层厚度的增加可以有效提高界面剪切强度,但存在最优夹层厚度使界面剪切强度的增幅迅速降低。最优夹层厚度随着法向压力的增加而减小。通过对比分析最优夹层厚度与剪胀应力比之间的关系,提出了基于筋土界面剪胀本构模型的确定最优夹层厚度的半经验公式,可为HR...     

筋箍碎石桩复合地基极限承载力计算

基于弹性力学与弹塑性土力学理论,本文分析了受荷时碎石桩桩体的空间应力应变分布,在Brauns法基础上综合考虑筋材及桩侧土体围限力,桩土自重及桩土接触面剪切力对桩体承载力影响,根据极限平衡理论,推导出筋箍碎石桩极限承载力计算公式。引入现场试验与某工程实例,将本文计算与其他方法计算结果进行对比,对于普通碎石的计算结果两者较为接近,对于筋箍碎石桩,本文方法所得计算结果较实测值更为接近,这表明本文方法可为工程实践提供参考,最后在算例基础上,分别讨论了桩土接触面的剪切力、桩径、筋材强度对筋箍碎石桩极限承载力的影响。     

筋箍碎石桩复合地基极限承载力计算

基于弹性力学与弹塑性土力学理论,本文分析了受荷时碎石桩桩体的空间应力应变分布,在Brauns法基础上综合考虑筋材及桩侧土体围限力,桩土自重及桩土接触面剪切力对桩体承载力影响,根据极限平衡理论,推导出筋箍碎石桩极限承载力计算公式。引入现场试验与某工程实例,将本文计算与其他方法计算结果进行对比,对于普通碎石的计算结果两者较为接近,对于筋箍碎石桩,本文方法所得计算结果较实测值更为接近,这表明本文方法可为工程实践提供参考,最后在算例基础上,分别讨论了桩土接触面的剪切力、桩径、筋材强度对筋箍碎石桩极限承载力的影响。     

横-竖立体加筋地基中附加应力的分析计算

建立了横-竖立体加筋（H-V筋）地基的有限元模型,通过分析地基中的竖向应力分布、水平向位移分布以及筋-土界面相互作用,发现横-竖立体加筋地基中的竖向应力在筋材下方出现扩散和重分布,并逐渐向土体下部传递,使得土体中整体的应力分布更加均匀;同时,横-竖筋材中的竖筋类似于一个侧壁,其提供的垂直侧向力约束了介于竖筋间的土体,限制了土体的侧向水平位移,使得地基中筋材上部土体的侧向水平位移变小。基于有限元模拟对横-竖立体加筋地基加固机制的认识,将横-竖立体筋视为作用在地基上的一维弹性地基梁,通过弹性地基梁理论,根据弗拉曼解推导求解了横-竖立体加筋地基中任意一点竖向附加应力的计算表达式。将模型计算结果与有限元模拟所得结果进行对比发现两者吻合良好。     

拉拔作用下土工合成材料在风化料-废弃轮胎橡胶颗粒轻质土中的变形行为研究

风化料-废弃轮胎橡胶颗粒轻质土密度小、透水性强,可以有效减小结构变形。然而筋材在此类轻质土中的变形规律尚不清楚。为此,本文考虑了不同的橡胶颗粒含量(10%、15%和30%)和不同的法向压力(30 kPa、50 kPa和100 kPa),基于自主研发的传感型土工合成材料(SEGB),开展了SEGB筋材的拉拔试验。SEGB具有拉敏效应,可以通过测试电阻变化确定自身应变,实现分布式变形测量。基于单向拉伸试验和直剪试验结果,分别建立了筋材全应力应变曲线的双线性本构模型和筋土界面作用的双曲线本构模型,并以此为基础推导了筋材在拉拔过程中的荷载传递方程。通过有限差分法求解该方程,得到了拉力、应变、位移和界面剪应力等指标在筋材上的分布情况。通过对比分析实验结果和数值计算结果,认为所建立的本构模型是有效的。橡胶颗粒含量对筋土界面的摩擦特性有影响,且存在最优值。拉力、应变、位移和界面剪应力的最大值均出现在筋材的拉拔端,而后沿着筋材减小并逐步稳定。土体中筋材在较高法向应力下表现出粘塑性状态,且应变水平较高,但位移值较小。与高法向应力相比,低法向应力下筋材的界面剪应力分布更加均匀。     

拉拔作用下土工合成材料在风化料-废弃轮胎橡胶颗粒轻质土中的变形行为研究

风化料-废弃轮胎橡胶颗粒轻质土密度小、透水性强,可以有效减小结构变形。然而筋材在此类轻质土中的变形规律尚不清楚。为此,考虑不同的橡胶颗粒质量比(10%、15%和30%)和不同的法向压力(30、50、100kPa),基于自主研发的传感型土工合成材料(SEGB),开展了SEGB筋材的拉拔试验。SEGB具有拉敏效应,可以通过测试电阻变化确定自身应变,实现分布式变形测量。基于单向拉伸试验和直剪试验结果,分别建立了筋材全应力-应变曲线的双线性本构模型和筋土界面作用的双曲线本构模型,并以此为基础推导了筋材在拉拔过程中的荷载传递方程。通过有限差分法求解该方程,得到了拉力、应变、位移和界面剪应力等指标在筋材上的分布情况。通过对比分析试验结果和数值计算结果,认为所建立的本构模型是有效的。橡胶颗粒质量比对筋土界面的摩擦特性有影响,且存在最优值。拉力、应变、位移和界面剪应力的最大值均出现在筋材的拉拔端,而后沿着筋材减小并逐步稳定。土体中筋材在较高法向应力下表现出黏塑性状态,且应变水平较高,但位移值较小。与高法向应力相比,低法向应力下筋材的界面剪应力分布更加均匀。     

基于附加应力扩散效应的新型预应力路堤稳定性分析

稳定性分析是路堤设计中的关键环节。针对新型预应力路堤,提出一种基于极限平衡状态计算其边坡安全系数的新方法。该方法主要包含滑动面附加应力计算法与等效条间力计算法。基于弹性理论近似推导预应力路堤内潜在滑动面上的附加应力解析公式,并通过应力状态分析得到滑动面上任一点处的法向和切向附加应力计算式。结合滑动面附加应力计算法、条分法及等效条间力计算法,并考虑铁路路基受荷特点,提出新型预应力路堤稳定性分析的极限平衡法。该方法适用于任意形状滑裂面,计算公式简便,且分析过程无需迭代试算。算例分析表明：预应力在路堤潜在滑动面上引起的附加应力并非全部起抗滑作用,局部小区域存在促滑效应。相较于传统极限平衡法对预压应力的处理方式,提出的方法考虑了预应力的连续扩散效应,所得安全系数偏于安全。最后,采用数值方法进一步论证了方法的可靠性。     

水工隧洞内水外渗耦合分析

在水荷载体力理论的基础上,引入钢筋应变不均匀系数和混凝土应变不均匀系数。计算衬砌渗透系数,引入反映钢筋混凝土衬砌与围岩有条件联合承载特性的充水夹层单元模型,采用等效耦合分析方法,对水工隧洞内水外渗条件下的衬砌钢筋应力和围岩应力状态进行了计算分析。计算结果表明,与考虑衬砌与围岩完全联合承载的耦合分析方法相比,钢筋应力有了较大幅度的降低,在一定程度上反映了钢筋混凝土衬砌高压隧洞运行过程中钢筋应力水平普遍较低的这一工程特性。     

Evaluation of Reinforced Concrete Design for an Underground Outlet Manifold in Shanxi Yellow River Diversion Project

Summary In order to verify the design feasibility of the reinforced concrete lining of the outlet manifold in Shanxi Yellow River Diversion Project (YRDP), field investigations on rock mass deformability, in situ stress and hydraulic jacking measurements have been carried out. Based on the results obtained, 3-D FEM numerical analyses have been performed to calculate the stress distribution in a reinforced concrete lining under internal and external water pressure. Furthermore, the initial designed shape and steel ratio of concrete have been modified to satisfy the requirements for the limit crack width design criteria in China and decrease the tensile stress level in concrete. The new steel ratio of reinforced concrete has been calculated on the basis of the numerical results considering the modified shape of the outlet manifold. Both the owner and designer of YRDP have adopted the steel ratio of concrete in the working design and construction of the outlet manifold.     

麦秸秆加筋石灰固化盐渍土的破坏形态分析

土的破坏形态是其受力大小与状态的综合反映,也是其内部结构变化的宏观体现。对比分析了不同养护时间、布筋方式和围压下的盐渍土、麦秸秆加筋盐渍土、石灰固化土、麦秸秆加筋石灰固化土试样的三轴剪切破坏形态。结果显示:①盐渍土和麦秸秆加筋盐渍土均呈塑性破坏。其中,盐渍土呈典型的"鼓胀"破坏;受到加筋的约束,加筋土的横向变形小于盐渍土的。②养护前期,石灰同化土和麦秸秆加筋石灰固化土均呈塑性破坏;养护后期,均呈脆性破坏。麦秸秆加筋石灰同化土的破裂面较石灰固化土的不规则,没有类似石灰同化土的对称性破裂块。③低围压下,加筋土的约束力主要来自筋土间的摩阻力,土的破裂纹形态较高围压下的复杂。高围压下,约束力来自筋土摩阻力和围压的共同作用。④麦秸秆的加筋作用可有效地约束和阻止裂纹的发生和扩展。分区布筋时,土样的破坏主要发生于未加筋部位。麦秸秆和石灰共同加筋固化能有效地提高土的抗变形能力,是改善滨海盐渍土的一种可行的处理方法。     

素混凝土劲性水泥土复合桩承载机理分析

在软基中先施打半刚性水泥土类桩（M桩）,水泥未硬凝时再施打劲性桩,形成素混凝土劲性水泥土复合桩（MC桩）。结合工程实例,根据现场静载试验、应力监测及ABAQUS有限元计算结果,研究了素混凝土劲性水泥土复合桩的受力性状,分析总结了素混凝土劲性复合桩的承载机理。通过与常规劲性桩的比较表明：（1）素混凝土劲性水泥土复合桩呈现复合地基性状;（2）素混凝土桩身应力集中显著,沿深度急剧减小,至桩端接近为“0”,通过劲芯传递到侧壁和桩端的水泥土体中,增大了荷载作用于水泥土体的面积,使复合桩全长范围内的侧阻力和端阻力得到充分发挥;（3）素混凝土桩芯比常规劲性桩更能与水泥土协调匹配,不会刺入水泥土外芯的底端。     

加筋红土的广义等效围压和极限平衡条件

从加筋土体中筋材的作用相当于等效围压的概念出发，提出了一般加筋土体广义等效围压的概念。基于加筋前后土体达到相同强度的围压差，建立起包含传统等效围压的广义等效围压计算式；根据加筋土体仍然服从于莫尔-库仑强度理论，引入两个加筋指数?，? 来反映筋材对土体抗剪强度的影响，建立起包含传统极限平衡关系的加筋土体极限平衡条件；并讨论了不同排水条件和筋材性质对加筋指数的影响。红土加柔性筋材试验结果表明，不同排水条件下，? 基本接近于1；? 随排水条件而变化，完全排水条件下的? 大于1，完全不排水条件下的? 小于1。固结不排水条件下的? 有时大于1，有时小于1，可能与加筋层数和筋材性质有关；加筋红土在完全排水条件下的广义等效围压为正，在完全不排水条件和固结不排水条件加筋层数较少时的广义等效围压为负；? 和广义等效围压都随加筋层数的增加而增大。     

考虑筋材蠕变特性的加筋土流变模型

把加筋土体的分析看成黏弹性阶段和黏弹塑性两个阶段。考虑筋材的蠕变特性,给出了黏弹性阶段加筋体的弹性应变、筋材的应力和土体的水平微观应力。由方程可知,随着时间的增长,筋材发生按负指数衰减的应力松弛,筋材的应力降低、应变增加。给出了塑性阶段开始到达的时间和变形,在黏弹塑性阶段,加筋体中应力保持恒定,整个应变由于蠕变的发生逐渐增加。由此可针对具体的工程例子分析加筋土体的应力和变形情况,尽量减轻由于加筋土体强度、稳定性降低、变形增加造成的严重后果。     

自嵌式砌块与双向土工格栅的摩擦强度试验研究

在自嵌式砌块加筋挡土墙工程中,加筋与填土及自嵌式砌块的界面作用特性是最关键的技术指标,直接决定该工程的内部稳定性。通过室内拉拔试验可知,当法向应力大于24.8 kPa时,双向土工格栅会在其与上砌块后缘互锁连接接触处被拉断,而不是从混凝土砌块间被拔出,且此时双向土工格栅发挥出的抗拉强度远小于其条带拉伸情况下的抗拉强度;双向土工格栅与混凝土砌块界面间的强度包线由两段直线组成,当法向应力小于24.8 kPa时,摩擦强度随法向应力的增大而增大;当法向应力大于24.8 kPa时,摩擦强度为一常数。     

落石冲击下预应力加筋土路堤变形及荷载传递机制

针对偏远山区素填土公路在落石冲击下易产生大面积凹陷破坏的问题,提出运用预应力加筋土路堤解决的方法。为了探究预应力加筋土路堤在落石冲击下的变形性能、力学响应规律和荷载传递机制,设计并实施了落石冲击作用下预应力加筋土路堤和素填土路堤对比模型试验。试验发现：预应力加筋土路堤中形成的凹坑尺寸明显小于素填土路堤,体现了预应力加筋土路堤良好的抗冲击变形性能;随着冲击次数的增加,路堤刚度逐渐增加,导致路堤内部冲击附加应力时程曲线逐渐由“抛物线型单峰”转变为“双峰”分布,且预应力加筋土路堤工况中“双峰”的出现早于素填土路堤;落石在预应力加筋土路堤中的冲击力持续作用时间小于其在素填土路堤中的持续作用时间,且分布更趋均匀,更有利于冲击荷载的扩散;随着冲击次数的增加,预应力加筋土路堤内部冲击力传递率呈先增加后减小的变化趋势,与筋材变形规律一致。结合Levenberg-Marquardt优化算法得到了关于凹坑尺寸和冲击次数的预测方法,可为预应力加筋土路堤在崩塌灾害多发地区的工程应用提供借鉴,为工程预警提供参考。