群桩-土-承台非线性共同作用固结过程分析

基于固结有限层的考虑提出了土体固结的桩-土-承台非线性共同作用分析方法。在此基础上,介绍了相应的计算程序CPRI的实现过程,给出了主程序计算框图和桩土承台支撑体系计算子程序框图。通过程序CPRI检验和算例分析,验证了程序的正确性。程序CPRI可以给出不同时刻桩-土-承台支撑体系的竖向位移、孔压、桩顶反力和土体反力变化的情况,从而模拟了非线性共同作用下固结的全过程。     

刚性承台—桩群—土共同作用的两种迭代算法

针对现有承台-桩-土共同作用分析方法存在的问题，引进了两种迭代算法，通过理论和算例的比较分析，说明了这两种迭代算法用于承台-桩-土共同作用分析的特点和适用性。使用迭代法可避免满阵矩阵，大大节省计算内存，能在微机上实现对实际工程的共同作用分析。     

桩-土-承台共同作用的简化分析方法

从桩与承台下地基土共同分担荷载的基本条件出发,提出了一种从单桩荷载沉降曲线入手的桩-土-承台共同作用简化分析方法。在给定单桩荷载水平下,假定承台下桩间土的变形量等于此时单桩沉降量,求解相应的板底应力,从而可以得到任意桩荷载水平下的承台荷载分担量,而不必将桩的受荷水平限制在极限荷载。将基础沉降分为桩间土变形量及桩端下卧土层的整体压缩量两部分进行分析。桩间土变形量等于单桩在给定荷载水平下的沉降量,而桩端下卧土层的整体压缩量则由承台与桩两部分荷载引起,可以相对准确地预测基础沉降量。工程实例分析与实测结果的比较表明该方法是可行的。     

桩-土共同作用的研究

桩端刺入量与桩身压缩量之和等于桩端以上桩间土的压缩量,这是桩与土共同发挥作用的基本条件。从这个基本条件出发,提出了一种考虑桩-土共同作用的简化分析方法。该方法可以求解任意荷载水平下桩间土的荷载分担量,进而可以方便的求解出用桩量,同时将基础沉降分为桩间土变形量及桩端下卧土层的整体压缩量两部分进行分析,可以方便的预测基础沉降量,最后根据建筑物的允许变形来确定桩的设计荷载值。工程实例分析表明该方法是可行的。     

软土地层桥梁群桩基础桩土共同作用性状的非线性有限元分析

通过对某高速铁路特大桥群桩基础进行三维非线性有限元分析,并结合现场试验得出的规律进行相应的对比分析,研究了软土地层桥梁群桩基础桩身轴力、桩侧摩阻力、基底土体附加应力、孔隙水压力分布、超孔隙水压力消散和群桩基础荷载沉降规律。计算结果表明,基桩所承受的轴力,角桩＞边桩＞中心桩,角桩和边桩的轴力沿桩身减小的幅度较大,而中心桩的轴力沿桩身减小的幅度稍小;各基桩桩侧摩阻力的发挥情况,侧摩阻力值总体上呈角桩＞边桩＞中心桩,相对滑移量基本呈上大下小的形态,即桩身上部桩-土之间产生的相对滑移量较中下部要大;外荷载作用下产生的土体附加应力和超孔隙水压力主要集中在承台底以下土体的一定范围内,其衰减梯度沿深度方向逐渐降低,随着固结时间的延长,群桩基础沉降达到稳定。     

考虑上部结构的桩筏基础非线性共同作用分析

当前虽然已有考虑桩筏非线性的设计,但仍无人在此基础上,考虑上部结构。因此考虑上部结构,进一步认识其与桩筏基础非线性共同作用机理,优化桩筏基础设计,具有重要的现实意义。本文以子结构法凝聚上部结构的荷载及刚度,以平面壳体单元模拟筏板,按有限层法模拟桩土之间的弹性相互作用,用广义剪切位移法模拟桩的非线性工作性状,建立了一种考虑上部结构共同作用的桩筏基础非线性分析方法,并编制了分析程序。通过实例分析,探讨了上部结构与桩筏基础非线性共同作用的机理,研究了合理布桩方式,探讨了以差异沉降为目标的优化设计的可能途径。     

引入接触单元模拟桩土共同作用

在桩与桩侧土界面引入接触单元模型，并采用参变量变分原理及基于此原理的参变量二次规划法，对接触单元刚度矩阵进行了推导。模型计算结果与实测比较表明，接触单元能较好地模拟桩与土之间的剪力传递和相对位移。     

弹性矩型板与非线性地基共同作用的简化计算法

提出一种考虑地基非线性特性的地基模型,并把它应用到弹性板基础与非线性地基共同作用的分析中。计算结果表明,考虑地基非线性特性时,地基反力及弹性板基础的受力大为改善且结果更接近于实际     

高层建筑桩箱基础共同作用现场测试分析

通过一高层建筑桩箱基础原位测试,阐述了箱基底板钢筋应力变化特征、基础变形和沉降规律、箱底土压力分布规律及桩-土荷载分担比例。测试结果表明,箱基底板钢筋应力仅为设计强度的8 %;基础沉降量为理论计算值的20 %;基础纵向弯曲值仅为0.319 ‰,设计时可只考虑局部弯曲而不考虑整体弯曲;箱基底板土分担了11 %的荷载,土压力没有得到充分发挥,建议增大桩距来实现这一目的,从而降低工程造价。     

A SPH framework for dynamic interaction between soil and rigid body system with hybrid contact method

A smoothed particle hydrodynamics (SPH) framework for three-dimensional dynamic soil-multibody interaction modeling is presented, where both soils and rigid bodies are discretized using SPH particles. In the framework, soils are modeled using the Drucker-Prager model, while rigid bodies are considered with a multibody dynamics solver. A hybrid contact method suitable for three-dimensional simulations is developed to model the soil-body and body-body frictionless and frictional contacts, where contact forces are calculated based on ideal plastic collision and the unit normal/tangential vectors of the actual surface. Owing to its simplicity in contact detection and accuracy in contact force calculation, the hybrid contact method can be easily incorporated into SPH. Furthermore, graphics processing unit (GPU) parallelization is utilized to improve efficiency. The presented numerical framework and the hybrid contact method are validated using several examples. Numerical results are compared with analytical solutions and results from the literature. Furthermore, two three-dimensional simulations involving dynamic soil-multibody interaction are included to demonstrate the application.     

横向荷载下桩-土相互作用的无网格分析

基于新型的岩土工程数值分析方法--无网格Galerkin法,利用移动最小二乘法所具备的局部化技术,引入不同材料介质之间材料不连续问题的无网格求解方法,对横向荷载作用下桩-土相互作用特性进行了无单元数值模拟分析,并采用MATLAB语言编制出相应的计算程序,由此对不同荷载作用大小、桩周土性质及桩-土刚度比等因素对桩身受力变形特性的影响进行了对比分析,获得了一些定性的结论。工程实例应用结果表明,这一方法在精度和后处理方面比传统的有限元等数值方法更具优势,且计算结果与通用有限元软件ANSYS计算结果吻合良好。     

非线性接触力学模型在地基-基础相互作用弹性分析中的应用

针对多体相互作用体系的非连续变形分析问题和接触问题,采用Mohr-Coulomb屈服准则和关联流动法则以及接触界面上的非线性应力分布模式,考虑接触界面特性提出了非线性接触力元模型,以结点位移和界面相互接触应力同时作为独立未知变量,建立了离散系统的总体控制方程.进而,通过数值求解能够直接确定变形体内的应力与变形、界面上的接触应力与离散体的位移与运动.将这种以接触力元为基础的多体系统分析方法具体应用于基础与地基相互作用分析,通过数值计算与分析探讨了地基与基础的相对刚度、荷载大小及其偏心距、地基与基础间界面力学参数对接触界面的应力分布和地基变形的影响,所得结果为工程中考虑基础与地基相互作用影响的设计与分析提供了参考依据.     

软弱地基上地铁区间隧道周围场地位移和加速度反应分析

地下隧道是一种抗震结构,具有较好的抗震性能,但从已有地下隧道的震害资料和地下管线的震害特点,地下隧道穿越软弱土层时周围土体的相对大位移与坍塌将会对地下隧道造成严重的破坏,因此有必要开展对软土场地上地铁地下结构的抗震性能研究。根据南京地区地铁一号线建设的实际背景,选取南京某一典型深厚软弱地基上双洞单轨区间隧道为研究对象,建立了土－地铁区间隧道非线性动力相互作用的有限元分析模型,分析了3种不同埋深条件下南京地区深厚软弱地基上地铁区间隧道的动位移和加速度反应特性。结果表明,软土层中隧道结构顶、底板之间的相对位移很大,同时,SSI效应对软土层中隧道位移反应的影响也很大。     

Elastic models for nonlinear response of rigid passive piles

Recent study indicates that the response of rigid passive piles is dominated by elastic pile–soil interaction and may be estimated using theory for lateral piles. The difference lies in that passive piles normally are associated with a large scatter of the ratio of maximum bending moment over maximum shear force and induce a limiting pressure that is ~1/3 that on laterally loaded piles. This disparity prompts this study. This paper proposes pressure‐based pile–soil models and develops their associated solutions to capture response of rigid piles subjected to soil movement. The impact of soil movement was encapsulated into a power‐law distributed loading over a sliding depth, and load transfer model was adopted to mimic the pile–soil interaction. The solutions are presented in explicit expressions and can be readily obtained. They are capable of capturing responses of model piles in a sliding soil owing to the impact of sliding depth and relative strength between sliding and stable layer on limiting force prior to ultimate state. In comparison with available solutions for ultimate state, this study reveals the 1/3 limiting pressure (of the active piles) on passive piles was induced by elastic interaction. The current models employing distributed pressure for moving soil are more pertinent to passive piles (rather than plastic soil flow). An example calculation against instrumented model piles is provided, which demonstrates the accuracy of the current solutions for design slope stabilising piles. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

岩土非线性流变本构模型的辨识算法研究

从岩土非线性流变本构模型通式——P.Perzyna方程出发,研制了岩土工程围岩流变本构模型辨识用有限元计算程序EVP2D,并将其和均匀设计(UD)法结合,获得了用于ANN辨识模型训练用的具有丰富本构信息的全局性输入输出有效数据。尔后,设计了基于实际监测位移数据辨识围岩流变本构模型参数的ANN模型,并在matlab软件平台中研制了辨识用相关程序CYJBS3.M。有关实例验证,从待辨识参数向量UD设计、训练数据的有限元计算获取、ANN模型的训练和辨识这一整体计算过程的实现,表明了UD-FEM-ANN本构模型辨识方法的可行性。     

冻土力学性质影响因素的显著性和交互作用研究

冻土的力学性质不仅依赖于含水率、温度、应变率、含盐量、围压等因素,也可能依赖于这些因素之间的交互作用。为进一步明确冻土强度、模量等力学指标与以上各因素的依存关系,根据既有试验资料和统计学原理,对冻土力学性质影响因素的显著性和因素间的交互作用进行了研究。结果表明,温度对冻土力学性质的影响最为显著,是影响冻土力学性质的主要因素,含水率、含盐量、应变速率等对冻土力学性质也有显著影响;同时,温度、含水率和应变速率对强度的影响存在明显的交互作用。因此,在研究冻土强度等力学行为时,片面针对某一因素开展研究是不合适的,而应综合考虑各主要因素及因素之间的交互作用影响。     

刚-柔性桩复合地基中刚性桩和自由状态下刚性桩性能比较

刚-柔性桩复合地基中刚性桩的荷载传递规律及变形性状明显不同于自由状态下的单桩,由于复合地基中刚性桩、柔性桩、土的互相作用,桩的工作性状要复杂得多。为了比较两者的承载变形特性,在温州地区进行同根桩在不同状态下静荷载对比试验,在静荷载试验过程中同步检测桩身应力情况,结合测试数据对桩沉降特性、荷载传递机理、压缩量特性进行了分析,分析结果对工程设计施工有一定的借鉴价值。     

基于非线性规划的有限元塑性极限分析下限法研究

在分析Sloan建立的有限元塑性极限分析线性规划数学模型存在的局限性基础上,提出了基于非线性规划的有限元塑性极限分析下限法数学模型。采用非线性屈服条件构建了下限法静力容许应力场,建立了求解超载系数、强度储备系数的下限法数学模型,并提出了针对塑性极限分析非线性规划数学模型的求解策略;最后对一个经典算例进行了深入分析,验证了方法的正确性。