饱和场地土动力特性试验研究

在工程实际中认为饱和度超过80 %即为饱和土,但在室内土工试验中制作的土样饱和度达95 %以上,后者经过试验测定,动力参数与前者实际上有一定差异。在50,100,200 kPa三种固结压力下分别对饱和度为95 %,92 %,88 %,83 %的饱和土样进行了循环单剪试验,得到了4种土样在3种固结压力下的最大动剪模量Gdmax和最大阻尼比Dmax,以及动剪模量比G/Gdmax-? 和阻尼比D/Dmax-? 归一化数值,并进行了对比分析。结果表明：在同一固结压力下,土样的Gdmax,Dmax,G/Gdmax随着饱和度增大有相对递减的趋势,而阻尼比D/Dmax数值随着饱和度加大而逐渐增加;随着固结压力的增大,4种土样的Gdmax,Dmax以及G/Gdmax-? (? 为动剪应变)数值上差异逐渐减小。最后对此种现象进行了讨论并分析其产生的原因。     

有限元法在基坑土钉支护极限高度中的应用

利用有限元方法对基坑土钉支护的极限高度问题进行了研究,分析了影响基坑土钉支护极限高度的主要因素。研究结果表明：基坑土钉支护存在着极限高度,极限高度的求解与地基极限承载力问题有着密切联系,从而利用地基极限承载力的有限元求解思路求得了基坑土钉支护的极限高度;研究了基坑土钉支护参数对极限高度的影响,得出极限高度与各个基坑土钉支护主要参数之间的部分变化规律,并在匀质土体的情况下与土塑性力学中的上下限定理得出的理论解进行了比较,经工程实例验证,结果比较吻合,为基坑土钉支护极限高度的确定提供了一种新的思路。     

含饱和土的层状场地的动力响应

利用精确的土层和半空间动力刚度矩阵求解了含饱和土的层状场地的动力响应,给出了含饱和土层状场地的自由场（入射P波、SV波）、动力Green函数及刚性条形基础动力刚度的计算方法,由此建立的场地模型更接近实际情况。建议方法的退化结果与单相场地结果一致。研究了界面不同透水条件对基础动力刚度的影响,并与相应单相场地结果进行了对比。研究表明：界面透水条件对竖向弹簧系数影响最大,饱和土体中孔隙水对场地动力响应具有不可忽视的影响。     

基于有限元法的高速列车引起土的动力响应分析

基于有限元法分析了高速列车引起的土的动力响应.对列车荷载进行了简化,并且考虑地基土性质不同的影响,对各个区域采用了不同的材料参数.     

具有球形空腔饱和土分数导数 黏弹性土的动力特性

将土骨架视为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体,基于Biot两相饱和介质模型,建立具有球形空腔饱和分数导数黏弹性土体稳态振动的控制方程。通过引入势函数,得到球对称情形下具有球形空腔饱和分数导数黏弹性土体的位移、应力和孔隙流体压力等解析表达式。考察分数导数模型参数和饱和土参数等对土体振动特性的影响,结果表明,流体压缩性对饱和土体的动力特性有显著影响,而土骨架压缩性和流-固耦合系数的影响相对较小;分数导数阶数对土体动力特性的影响与材料参数比的取值有关。同时,边界不排水条件下饱和土体的动力响应大于排水条件下饱和土体的动力响应。     

钢弦式土压力盒在冻土中的应用

土压力盒是目前进行土压力实测的基本工具,已有六十年的发展史,近年来我们在隧道冻胀力及基础侧面法向冻胀力的试验中采用钢弦式压力盒作为测定冻胀力传感器,在使用中发现了一些问题,现总结如下,不当之处难免,请批评指正。     

振动频率对饱和黏性土动力特性的影响

在回顾加荷频率对土样动力特性影响的研究基础上,采用某土石坝心墙防渗黏性土饱和试样,通过动三轴试验,研究了振动频率f对土样动力特性的影响。动强度试验结果表明：当 0.1～4 Hz时,动强度随f的升高而增大,但f继续升高后,动强度却有下降趋势。当 0.1～1.0 Hz时,频率愈高动孔压比愈大;当 1.0～6.0 Hz时,总的趋势为频率愈高,动孔压比愈小。表明频率较高时,动孔隙水压力来不及上升和扩散。较高频率f持续作用下,试样有吸水现象并伴随动孔压的下降。动模量阻尼试验结果是：f愈低,试样动变形开展愈充分;f愈高,动模量和阻尼比愈大。     

条形荷载作用下梯度饱和土的动力响应分析

根据Biot波动理论,研究了条形均布荷载作用下非均匀饱和土地基的动力响应问题。利用Fourier积分变换,通过Helmholtz矢量分解原理,建立了饱和土层在动荷载作用下的回传射线矩阵法计算列式,考虑饱和土的物理力学性质沿深度方向按幂函数连续变化,采用数值Fourier逆变换获得了饱和土地基的位移、应力和孔隙压力等物理量的数值解。分析讨论了材料非均匀性对饱和土介质动力特性的影响。结果表明,非均匀饱和土的动力行为与均匀饱和土有着明显的不同,当土体的非均匀程度越高,条形荷载中点下流体压力和应力幅值越大,而位移、流体压力以及应力等物理量在水平方向的振动频率均随着土体非均匀变化程度的增强而增大。     

移动荷载作用下层状饱和土的动力响应

根据Biot波动理论,采用传递、反射矩阵（TRM）方法研究了移动荷载作用下层状饱和土动力响应问题。由快速Fourier逆变换法（IFFT）得到层状土地基位移、应力及孔压在时间-空间域内的数值解。计算结果与已有文献结果相吻合,验证了算法的正确性。通过算例分析表明：移动荷载作用下含有软弱夹层的层状土体比均质土具有更显著的动力响应,同时会引起土体孔隙水压升高、土体波动性增强;硬夹层时情况则相反。     

准饱和土中圆柱形衬砌的瞬态动力响应分析

内源瞬态荷载作用下圆柱形孔洞的动力响应解答是土动力学的经典问题之一。已有研究大都假设孔洞周围土体为理想弹性介质或完全饱和多孔介质。然而,实际工程中不存在完全弹性和完全饱和土体。分别视衬砌结构和周围土体为弹性材料和准饱和多孔介质（饱和度 95%）,根据牛顿第二定律、达西定律和Biot波动理论推导出准饱和土体的控制方程。根据边界条件导出衬砌和土体的位移、应力和孔隙压力的Laplace变换空间的解答。利用反Laplace变换数值计算方法,将解答转换为时域解。分析了饱和度对衬砌位移、应力和孔压的影响,结果表明,当95% 99%时,饱和度对径向位移和切向应力的影响较小;99% 100%时,饱和度对径向位移和切向应力的影响较大;但饱和度对孔隙压力的影响远大于对径向位移和切向应力的影响。得出位移、应力和孔压沿径向的衰减规律,当95% 99%时,饱和度对径向位移和切向应力沿径向衰减影响较小,99% 100%时,饱和度对径向位移和切向应力沿径向衰减影响较大,但饱和度对孔压沿径向的衰减影响远大于对径向位移和切向应力沿径向的衰减。     

粘弹性准饱和土中球空腔的动力响应

从工程实际出发,采用粘弹性两相介质模型,考虑土骨架的粘性以及流体与固体之间的耦合作用,利用Laplace变换求解了粘弹性准饱和土中球空腔的动力响应问题,得到了变换域内的解析解。借助数值Laplace反变换,数值分析了粘弹性准饱和土中球空腔动力响应的位移、应力及孔压的变化规律。为分析地下结构动力响应提供了一种有效的方法,模型符合工程实际,有一定的工程应用价值。     

碴土桩在黄土,杂填土及饱和软土地基中的应用

本文介绍了某工程采用碴土桩处理松散杂填上、Ｉ级非自重湿陷性典土及饱和软土设计、施工与检测结果,通过三种不同桩间距的对比试验,探讨了地基加固效果,从而分析桩间距与承载力关系。文中最后对在复合地基上所做的大小压板试验进行了对比,表明用小压板试验推算大压板复合地基承载力是可靠的,可取代大压板试验。     

电位器式位移计在土石坝安全监测中的应用

主要介绍电位器式位移计多功能性在几个工程中的应用情况。以单支电位器式位移计为核心组成的TS型土位移计用于观测心墙与岸坡混凝土垫层的剪切位移或拉伸位移,该仪器已经在多座心墙堆石坝应用,及时地监测了心墙的变形状况。以双支电位器式位移计为核心组成的TST型面板脱空位移计用于监测面板的脱空变形和剪切变形,为面板脱空处理的方案的确定以及对面板脱空处理后的效果的判断提供依据,该仪器已经在国内的高面板堆石坝成功应用,及时获得了面板脱空数据及变化曲线。以三支电位器式位移计为核心组成的TSJ型周边缝测缝计用于监测周边缝的开合度和剪切变形、垂直面板方向的沉降变形,该仪器已经在国内多座面板堆石坝应用,实时地取得周边缝的变形状态及变化曲线,为大坝安全评价提供了依据。     

有限元法在垂直钻进系统设计中的应用

介绍了垂直钻进系统的工作原理及组成，纠斜机构是由均布在同一圆周上的3个导向块组成，导向块是自动垂钻系统中最主要的执行机构，承受较大的压力。为保证系统设计的可靠性，利用先进的有限元分析方法模拟导向块在工作状态下的受力情况，通过创建有限元模型，施加载荷并求解，分析查看结果等步骤对零件进行仿真分析，较真实地反映出零件在受力状态的应力和应变情况，预测零件的结构强度并分析其设计合理性，使对零部件关键参数的设计更合理，有效解决设计中的可靠性分析和结构优化问题。     

有限元法在边坡稳定性评价中的应用

本文以瓦房店核联合泵房边坡为背景,在综合考虑地震地质因素的基础上,采用有限元法对该边坡稳定性进行了分析计算和评价,为该工程边坡设计提供了科学依据。     

有限元法在滑坡稳定性分析中的应用

对比了滑坡稳定性分析的极限平衡法、数值分析法、概率法。而后,介绍了有限元法滑坡稳定性分析基本原理,并应用有限元法对中里滑坡进行了稳定性分析,得出了中里滑坡的主应力图和稳定系数,并将稳定系数与其他方法的结果进行了比较,得出有限元法是一种可靠的分析方法,其结果可应用于后期治理设计。      

混合语言编程在有限元法中的应用

有限元法是一种有效而比较成熟的数值方法,但其程序的实现语言主要是FORTRAN。针对缺陷,以Visual Basic和C/C++分别调用同一个FORTRAN程序为例,探讨了混合语言编程技术在有限元法中应用中的一些主要技术问题,同时,给出了相应的解决方法,对克服FORTRAN语言的内在缺陷、充分地利用前人有限元成果有一定参考和实用价值。     

扩展有限元法在岩石断裂力学中的应用

岩石裂纹的扩展是一个经典的不连续问题,常规有限元方法难以实现裂纹扩展过程的仿真模拟。扩展有限元法(XFEM)实现了计算网格与不连续面相互独立,因此模拟移动的不连续面时无需对网格进行重新剖分。本文介绍了XFEM基本原理和岩石断裂力学常用判据,尝试对岩石类材料单缝Ⅰ型三点弯曲、单缝剪切和双缝平板实验进行模拟。分析结果表明:扩展有限元模拟岩石类材料断裂问题不受网格划分限制,裂纹以实际应力场分布随机扩展;直观地给出岩样的微裂纹产生、演化,直至完全破坏的全过程,并与实验结果吻合。该方法能够应用到岩石断裂力学方面的研究,模拟岩石类材料的宏细观破坏过程,为解决复杂问题提供了方便的途径。     

饱和土半解析边界元法及在双排桩被动隔振中的应用

针对均质饱和地基中双排桩远场被动隔振问题,首先,基于饱和多孔介质的边界元法,建立了以薄层法（TLM）基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,该方法可有效地分析饱和半空间的土-结构动力相互作用问题。在此基础上,根据双排桩与周围土体的邻接条件,推导了双排桩对Rayleigh波散射的三维边界元方程;运用上述边界元方程,对双排桩的远场被动隔振问题进行了研究。结果表明：双排桩能够有效地降低屏障后的位移振幅,其隔振效果要优于单排桩;排间净距对隔振效果影响不大,而桩间净距则对双排桩隔振效果起控制作用。     

改进的薄层单元在桩-土动力相互作用中的应用

在地震荷载作用过程中,由于桩身材料性能与周围土体性质差异较大,土体在桩-土接触面上发生张开或滑移,该强非线性接触行为直接影响接触面附近土体与桩体应力状态,从而影响上部结构地震响应水平。真实桩-土接触面由于桩身表面混凝土约束关系,具有一定厚度且存在相关体变规律的接触带。通过有限元软件ABAQUS用户自定义单元UEL程序编写改进Desai薄层接触单元,在Desai薄层接触单元中加入Rayleigh阻尼项以模拟地震作用时桩-土强非线性接触行为能量耗散过程。接触面法向与两切向本构关系采用双曲线模型。规定了Desai薄层接触单元在桩-土接触面上的行为模式以模拟土体在接触面黏结、滑动、张开、再闭合等接触状态。建立精细三维桩-土-结构体系动力相互作用模型以研究改进Desai单元对上部结构峰值动力响应水平影响,为工程结构抗震设计时程分析提供参考依据。