地埋管道与土相互作用平面分析与计算方法

地埋管道上实测的土压力并不是按现行计算方法假定形状分布的,其分布形式与管土的相对刚度及施工埋设方式密切相关。为此,依据现场实测和模型试验得到的地埋管道受力特征,在平面应变条件下,采用建立的管-土相互作用分析Vlazov模型来模拟管-土之间的相互作用,考虑管道不同的埋设条件、管周的不同充填介质及管-土相互作用引起的土压力状态等情况,建立了地埋管与土相互作用平面问题的传递矩阵分析法。并设计了可视化计算机软件,实现了计算手段的创新。运用此软件对现场埋管工程作了分析计算,并与实测结果进行比较,验证了所建立的计算方法的正确性。     

地埋管与土相互作用分析模型及其参数确定

对地埋管道结构分析,考虑管道与土的相互作用问题是非常必要的。其相互作用问题可归结为界面处接触应力的确定,为此,基于地埋管道受力特征的实测结果,建立了地埋管道与土的相互作用分析组合模型,并给出了模型参数的确定方法。由于管与土和管与基床的相对刚度对管土接触面上分布应力的影响显著,在确定其相互作用模型参数时,利用实测结果对其进行了修正,从而,将管道刚度的影响融入到相互作用分析模型中。     

西安地区中深层套管式地埋管换热性能数值模拟

本文建立了符合西安地区地热地质的三维地质模型,基于FEFLOW软件模拟了入口流量、入口温度、换热井深度以及出水管管材导热系数4种参数对套管式地埋管换热器换热性能的影响,以换热量为换热性能衡量标准,探究如何合理设置参数来提高换热效率。结果表明：1）增加入口流量会导致出口端温升降低、换热量增大,西安地区入口流量设置在15 m³/h～25 m³/h最为适宜;2）增加换热井深度会使得出口端温升和换热量呈指数增长,井深对换热量的影响主要取决于换热段所处地层温度及换热时长,岩石导热系数贡献较小;3）针对西安地区,入口温度对换热量的影响最为明显,出水管管材导热系数和换热井深度次之,入口流量影响效应相对较弱。本研究对西安地区中深层地埋管换热系统设计施工和地热能勘探开发具有指导和参考意义。     

滑坡对埋地天然气管道的作用机理分析

滑坡是危害天然气管道安全的地质灾害之一,在研究滑坡对埋地天然气管的作用机理以来,各种分析方法和模型都有着不同的优点与缺陷,在调研、分析大量论文、研究报告的基础上,笔者以滑坡区埋地天然气管道为对象,总结了管土作用研究方法并进行了模型对比,并发现在现有的土体对埋地天然气管道的作用研究中主要考虑水平、轴向和竖向三个方向的作用,未考虑三者的相互影响。另外提出随着聚乙烯塑料管(PE管)在城市燃气输配管网中的广泛应用,未来对非线性管材在滑坡作用下的力学响应及全尺寸模型试验等方面还需进一步研究。     

短桩基础桩-土共同作用的原位测试与数值分析

通过对湖沼平原一个6层建筑的短桩原位测试和数值分析,研究了短桩基础的荷载传递与变形特性。试验结果表明,桩基的实际承载力大于计算值,而沉降远小于计算值。桩顶反力和基底土压力的观测结果显示：地基土所分担的荷载较小。对短桩基础的桩-土共同作用进行数值分析,得到了地基土层内的附加应力和分层沉降变化情况。研究结果表明,湖沼平原短桩基础的沉降以桩端以下土层的压缩变形为主。浅部硬土层既作为短桩的持力层,又有利于附加应力的扩散,从而减小了沉降。     

地埋管地源热泵系统及存在问题分析

在阐明地源热泵系统的基本原理及国内外发展现状的基础上,分析了地埋管地源热泵系统在推广宣传、设计施工以及后期管理运行阶段中存在的一些主要问题,最后就在保持地埋管地源热泵系统可持续发展的前提提出了几点建议。     

上部结构与基础、地基共同作用的仿真分析

利用有限元方法对上部结构、筏板基础与地基共同作用下应力、应变的一般规律进行分析,得出了在竖向与水平荷载作用下应力、应变的基本规律。     

北极多年冻土区埋地输气管道周边温度场数值分析

以北极规划输气管道工程为依托,建立埋地管道与冻土热交换相互作用数值计算模型,探究了埋地管道在连续多年冻土区、非连续多年冻土区和季节冻土区内,按照不同操作温度(5、-1和-5℃)运行情况下管道周围冻土温度演化过程.计算结果表明:同一区域不同管温对冻土上限值影响差异较大,尤其是在非连续多年冻土区,无论管道是正温输送还是负温输送,由于管道的运营,极大地影响了冻土上限值.5℃正温管道将导致冻土上限下降1～3倍管径;-1℃和-5℃负温管道将有助于提高冻土人为上限.建议在连续多年冻土区管道采用-1℃输送温度;在非连续多年冻土区冬季采用-1℃输送温度,夏季可以是正温,接近环境大气温度,但全年输气平均温度要小于0℃;在季节冻土区,若按照负温输送,反而容易引起管基土冻胀,建议输气温度不作特别控制,与温带地区管道类似,正温输送.希望能够为北极多年冻土区天然气管道建设提供新的思路.     

预应力锚索地梁与地基共同作用分析

针对现阶段预应力锚索地梁与地基共同作用机理研究方面存在的问题,以预应力锚索地梁和地基岩土体之间荷载、变形协调关系为基础,通过对预应力锚索地梁体系的分解和离散化处理,建立了能考虑预应力锚索地梁体系共同作用的预应力锚索地梁计算理论和方法。通过与实测资料的比较,表明本文理论有较高的计算精度。     

地埋非圆形管道与土相互作用的分析计算

对地埋箱形涵道和蛋形管道结构的设计计算,现行的方法是给定作用荷载值和分布,按结构力学方法求解。实际上作用于管道上荷载是随管土的相对刚度而变化的。为此,采用管土相互作用的Winkler模型和传递矩阵法,提出地埋箱形和蛋形管道结构计算的新方法。通过对箱形和蛋形管道与土相互作用的分析计算表明,即使是“刚性”的箱形管道也应考虑与土的相互作用。最后讨论了模型参数、埋深以及管道结构尺寸的变化对管道受力与变形的影响,说明了考虑地埋管道与土的相互作用,对地埋箱形和蛋形管道结构的设计计算才更符合实际。     

Numerical analysis of an experimental pipe buried in swelling soil

This paper investigates the pipe–soil interaction for pipes buried in expansive soil when subjected to swelling soil movement due to increase in moisture content. A laboratory experiment has been undertaken on a plastic pipe in a large-scale pipe box. A three dimensional numerical model is developed to analyse the pipe response, using FLAC^3D computer program. The pipe is assumed to behave as a linearly elastic material, while the soil is modelled as a nonlinear material with Mohr–Coulomb failure criterion. The water flow and soil/pipe deformations are decoupled, where water flow is calculated using simplified capillary rise theory on the basis of measurements made. A reasonably good agreement between the experimental results and model predictions is reported.     

桩体复合地基的拉格朗日法模拟

利用拉格朗日方法,将桩体复合地基分解为桩体、土体和桩土界面3个分离式单元,模拟了非均质地层中复合地基各种应力的分布,以及3个单元的相互影响及响应机理。结果表明,复合地基各种应力的分布受承台大小、桩体间距,及其弹模、土体的性质等多种因素的控制。      

新型带肋预应力管桩承载性能研究

采用静载荷试验和ABAQUS有限元模拟相结合的方法进行了新型带肋预应力管桩承载性能的研究。对外径相同（500 mm）的直型桩与带肋桩的现场静载荷试验结果进行了对比研究,结果表明,带肋桩的极限承载力较直型桩提高13.10%。分析了肋部厚度、肋部间距等桩型参数对新型带肋管桩承载性能的影响。提出新型带肋预应力管桩极限承载力的建议计算公式,为今后新型带肋预应力管桩的大规模应用提供参考。     

预应力管桩振动台试验的数值分析

为了研究地震作用下预应力管桩的抗震性能和提高预应力管桩的延性设计水平,通过进行预应力管桩振动台试验,了解有限桩基形式下振动特性,建立预应力管桩振动分析数值模型,模拟振动试验全过程。改变桩数量和输入不同地震波加速度峰值,探讨各种桩基础形式在地震作用下的反应及抗震性能。分析结果表明,对于4桩基础,在3倍桩径的位置出现桩身反向位移,在2.5倍桩径处出现桩身负弯矩,在4～9倍桩径的区域范围内会出现开裂弯矩,在5倍桩径的位置出现弯矩最大值,在15倍桩径位置之下开始桩身弯矩急剧减小,分析结果可为预应力管桩抗震设计、制造、施工提供可靠依据。     

复合土钉支护的有限元数值模拟及稳定性分析

在平面应变条件下,对采用水泥搅拌桩复合土钉支护的基坑进行了有限元数值模拟,在此基础上采用有限元稳定分析方法评价基坑的稳定性。通过对复合土钉工作机理的分析,并与普通土钉支护的基坑进行比较,分析二者的差异。通过分析不同支护参数的影响,研究基坑的变形以及稳定性变化规律,为设计和施工提供一定的参考依据。     

Three dimensional elasto‐plastic interface for embedded beam elements with interaction surface for the analysis of lateral loading of piles

This paper presents a numerical formulation for a three dimensional elasto‐plastic interface, which can be coupled with an embedded beam element in order to model its non‐linear interaction with the surrounding solid medium. The formulation is herein implemented for lateral loading of piles but is able to represent soil‐pile interaction phenomena in a general manner for different types of loading conditions or ground movements. The interface is formulated in order to capture localized material plasticity in the soil surrounding the pile within the range of small to moderate lateral displacements. The interface is formulated following two different approaches: (i) in terms of beam degrees of freedoms; and (ii) considering the displacement field of the solid domain. Each of these alternatives has its own advantages and shortcomings, which are discussed in this paper. The paper presents a comparison of the results obtained by means of the present formulation and by other well‐established analysis methods and test results published in the literature. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于流固耦合理论的页岩水力压裂数值分析

水力压裂是一个涉及多相材料相互作用的复杂问题。针对岩石固相提出岩石应力平衡有限元方程,建立液相流动方程和质量守恒微分方程,推导水力压裂岩石流固耦合系统有限元方程。阐述计算模型,对裂缝的发育和扩展过程进行分析,并与实际试验结果进行对比,证明了计算结果的合理性。分析弹性模量对裂缝的影响情况,计算结果表明,随着弹性模量的增加,裂缝高度越来越小。     

大直径钢管桩承载力的非线性分析

推导了砂土地基中闭口管桩的沉桩影响半径以及刚性桩的横向承载力（矩）。通过使用MATLAB程序对单桩轴向刚度的分析,得出了其与桩周单位深度土的等效刚度系数、桩端土的等效刚度系数、钢管桩的壁厚、桩径、桩长、桩身弹性模量等参数之间的一些关系,从而为此类桩的优化设计提供了理论依据。在此基础上通过桩身荷载传递的双曲线函数模型以及相关参数,在已知（假定）桩身压缩量的情况下求出相应的桩顶轴力。