刚性承台下变截面柔性桩与地基相互作用的线性分析

对桩侧土及桩端土均采用线性荷载传递函数,同时,考虑桩周土所分担的荷载对单桩荷载传递规律的影响,利用力学理论及微分方程的近似解法-子域法,推出了刚性承台下变截面柔性单桩与地基相互作用的系列近似解析算式,并通过算例,将承台下变截面柔性桩的情况与同体积的等截面柔性桩的情况进行了对比。对比表明：改变桩型能提高柔性单桩及单桩承台的承载力。将模型试验结果与计算结果进行了比较,验证了解析算式的可行性。     

水平层状场地自振频率的剪切质点系法研究

场地土层的自振频率是场地土的重要动力特性之一。为避免结构物与场地地基的共振效应,工程设施的固有频率应尽量避开地基的固有频率。在传统的基于集中质量矩阵的剪切质点系法（集中质量法）的基础上,发展了基于一致质量矩阵的剪切质点系法。在此基础上,对利用剪切质点系法求解水平层状场地自振频率的精度的影响因素进行了分析,主要考虑了土层分层特性、质量矩阵形式以及材料阻尼3个影响因素,分析表明：分层数越多,计算结果越接近真实解,从实际工程角度出发,分层数超过三层时可不再细分;在层数相等的情况下,层厚对计算结果精度的影响甚微;一致质量法的计算结果要优于集中质量法,且表现出上限解性质;在通常小阻尼情况下,阻尼对自振频率的影响很小。     

用一维变步长搜索法求解钢筋混凝土圆（管）桩的截面强度

用容许应力法计算钢筋混凝土圆（管）桩的截面强度时，如果桩处于大偏心受压状态，其ｅ－α关系曲线上存在一个无穷间断点，在设计计算机程序时必须设法避开这个间断点。本文分析了该间断点的情况并提出一个利用一维变步长搜索法对偏心角α进行二次搜索的算法。用该算法编制的程序在ＣＯＭＰＡＱ－３８６型微机上通过，具有稳定性好，收敛速度快的特点。     

考虑桩-土非线性接触的自平衡桩基测试有限元分析

自平衡桩基测试由于不受场地限制,在桥梁桩基检测和水上试桩领域得到较为广泛应用,但由于自身承受荷载机理、桩土相互作用与传统桩基静载测试不同,目前其实际应用仍然存在一些问题,因此需要在自平衡加载方式下建立合理数值模型来为进一步理论分析奠定模型基础。在考虑桩体非线性接触面基础上,研究了决定非线性接触性质的摩擦系数计算原则及相关模型参数取值,基于ANSYS接触面单元建立了自平衡桩基有限元模型,以武汉工程为依托,与实测结果进行对比,结果表明基于接触面单元建立的自平衡桩基模型具有更高的精确度,能够很好反映真实荷载作用下上下段桩位移曲线图。     

变截面桩竖向承载特性的数值模拟研究

以变截面桩为研究对象,采用FLAC3D对其竖向承载特性进行了数值分析,在分析中考虑了变截面桩的几何尺寸和土层分布的影响。研究结果表明:变截面桩中扩径部分的直径与未扩径部分的直径的比值δ越大,变截面桩的竖向极限承载力逐渐增大;变截面处接近桩顶时的竖向极限承载力比接近桩底时小;当扩径部分的长度逐渐增加时,变截面桩的竖向极限承载力逐渐增大;当变截面部分所处的土性为粘质土、变截面部分以下桩体所处的土性为砂土时,变截面桩的竖向极限承载能力明显高于相反的情况。     

变截面桩的力学性能及工程意义

通过对变截面桩的荷载传递性质及变形特性详细分析,指出其具有受力合理,沉降小等优点,并通过工程实例进行了验证。     

预应力混凝土管桩桩土相互作用的有限元分析

以软土地区某桥梁基桩动载试验为背景,采用有限单元法对桩土动力相互作用进行了分析。采用等效线性模型模拟了土体材料的非线性,并考虑桩的材料阻尼以及桩土接触界面处状态非线性对动力响应的影响,并分析了桩的材料参数和土的参数对桩顶动位移的影响。分析表明,基桩弹性模量和材料阻尼对桩顶动位移有一定的影响,但基桩材料阻尼的影响很小,桩顶位移随桩侧土压缩模量和阻尼的增大而减小。     

灌注桩桩土相互作用试验及有限元模拟研究

以灌注桩桩土相互作用的原位试验为基础, 结合西安土层结构、性质; 采用有限单元法对黄土地区的砼灌注桩桩土相互作用进行仿真模拟, 研究了桩土相互作用、荷载的传递规律、桩土相对位移与桩侧摩阻力的关系。通过桩载试验资料对比, 得出三维有限单元法的模拟结果与实测值相近, 该研究进一步揭示了桩土相互作用的实质, 为最优桩长的选取和单桩承载力的确定奠定了基础。     

曲线滑裂面下有限宽度填土主动土压力计算

开展了刚性挡墙平动变位模式情况下墙后有限宽度土体破坏试验。试验结果表明,在墙后填土宽度较小情况下,土体破坏面为通过墙踵及某一固定点的曲面,由此基于变分极限平衡法,导得滑裂面曲线的具体方程式为对数螺旋曲线。在此基础上,结合薄层单元法,得到了墙后有限宽度土体的主动土压力合力及土压力强度的分布。与室内观测结果及库仑土压力值的对比表明,该方法相比经典土压力方法更接近于实测值。分析了不同填土宽高比n下的主动土压力分布规律,结果表明,主动土压力随n增加而逐渐增加,但n达到0.55时趋于稳定,因此,该值可作为墙后土体有限宽度的界限值。     

考虑桩侧土软化的单桩性状计算分析

在分析单桩桩侧土工作性状的基础上,提出了一种考虑桩侧土软化效应的荷载传递函数,分析了模型曲线随其中2个参数a和 b的变化规律。将该传递函数应用于单桩性状的分析,与采用常规的双曲线型传递函数的计算结果进行对比分析对比结果表明,采用该模型计算出来的单桩承载力更合理和准确。     

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。     

隧道与地表构筑物相互影响的研究

结合重庆某开发建设项目,采用2D-σ有限元结构分析程序,具体分析了4种典型分析计算状态下地下隧道围岩与地表构筑物地基中的应力演变规律。分析结果表明,地下隧道与地表构筑物之间将可能产生相互影响,其应力分布曲线在隧道附近都将产生较明显的突变,且将在隧道围岩中发生相对应力集中现象,在隧道侧墙处出现较大压应力,在隧道拱顶处将出现拉应力,地表构筑物地基对地表上部荷载的传递是向下逐渐扩散的,进而探讨了地下隧道与地表构筑物之间的相互影响问题。     

天然电场选频法在充水岩溶勘查中的试验与分析

探讨了天然电场选频法在岩溶水灾害勘查中的地质效果和异常成因。在四川古叙煤田观文煤矿选定4处试验点,共敷设选频法测线11条,通过对各测线上采集结果的处理和分析,结合现场地形地质条件,推测各点地下充水溶洞的分布情况。根据选频法的解释结果与矿山前期地勘成果及后期运输巷道实际开挖情况的对比来看,该方法的解释结果是准确的,可在今后进一步将该方法应用于地下水灾害勘查,以便为矿山排水巷道、排水措施设计和地下水的安全防治提供科学依据。在实践应用的基础上,进一步从麦克斯韦方程组出发,对均匀谐变电磁场中低阻水平圆柱体的感应场进行理论推导和模拟计算,通过感应二次电场水平分量的模拟计算结果与实测曲线的对比,说明天然电场选频法的异常成因主要是由二次感应电场所致。     

基于双向地震作用下边坡共振特性与固有频率研究

避共振是工程抗震设计中的重要课题,目前在边坡工程中鲜见这方面的研究。本文运用有限元法研究了边坡在双向地震作用下的共振规律及其固有频率。研究结果表明:边坡虽然有多阶固有频率,但只有前三阶固有频率处共振峰明显,其中尤以第一阶频率处的共振峰值最为突出,其他频率处则无明显共振现象;边坡在双向地震作用下的共振响应存在垂直放大和临空面放大作用;阻尼越大共振峰值越小,共振曲线越平缓;对影响边坡固有频率的主要因素进行深入研究,通过回归分析建立了边坡固有频率的经验公式,经检验该公式的计算误差较小。     

岩溶体的天然电场选频法异常成因研究

在实地探测的基础上,主要是从理论模型的角度研究天然电场选频法异常的形成原因.首先在已知的充水岩溶上开展实地探测工作,获取实测异常曲线;从麦克斯韦方程组和边界条件出发,求取均匀垂直谐变一次磁场中良导球体和圆柱体内、外磁场矢量位,推导出球外和圆柱体外感应二次电场的解析计算式;对理论模型的各个参数进行假定,计算获得地表主剖面上良导球体和圆柱体的感应二次电场异常曲线.通过实测曲线与理论模型上的模拟计算结果对比分析可知,二者曲线形态相似、特征相同,由此推知天然电场选频法在含水低阻体上方测得异常的起因之一可能是由天然感应二次电场所致.     

高频大地电磁测深法与双频激电法在水文地质调查中的应用

以在新疆某金矿展开的水文地质调查为例,研究和分析高频大地电磁测深法与双频激电法相结合的方法在受人文干扰较大的矿区内找水的可行性与应用效果。研究和分析结果表明:在人文干扰较大的区域使用双频激电法对高频大地电磁测深法进行补充,可避免因人文干扰对高频大地电磁测深法观测影响而错误推断断层位置,能显著提高断层位置推断的精度;两种方法相结合,能有效地解决在受人文干扰较大的矿区内找水的问题。     

自适应自然单元法研究——自适应细化

对h型自适应自然单元法的自适应细化方案进行了初步研究。在ZZ误差分析的基础上实现了节点的自动加密,使得随着自适应细化的进行,求解误差减小,而且误差分布趋于均匀。在数值分析中,主要有两种误差来源--插值误差和积分误差。随着节点的加密,Delaunay三角形的尺寸随之减小,三角形内的应力场趋于线性分布,那么插值误差和积分误差也都会随之减小。因而,h型自适应分析可以同时减小上述两种误差而达到不断提高求解精度的目的。由于自然单元法求解依赖于求解域内离散节点的Voronoi结构,建议的细化方案中新节点的引入只需局部调整Delaunay结构,算法的实现极为容易,程序实现简单、高效。研究表明,建议的自适应方案是可行的,自然单元法特别适合进行h型自适应分析。     

水力劈裂对岩体中自然裂纹的影响研究

建立了求解自然裂纹和水力裂纹扩展的扩展有限元法,对裂纹附近区域的节点采用广义形函数,并采用线增函数消除混合单元,以提高裂纹附近的精度。引入水力劈裂的非耦合模型,即假设裂纹中的水压力为均布力;用砂浆法（线段-线段接触法）结合增广型拉格朗日乘子法处理受压裂纹段的接触条件。并通过算例分析了以下内容：计算了受压裂纹和裂纹面分布均布水压力的水力裂纹的应力强度因子,并与解析解进行了比较,结果表明,提出的方法具有很高的精度;模拟了水力裂纹对自然裂纹面的影响,并分析了自然裂纹面上的接触力和接触状态。     

Linear viscoelastic behavior of asphalt mixes from dynamic frequency response functions

In the small strain domain, asphalt mixes (AM) have a linear viscoelastic (LVE) behavior that is strongly dependent on frequency and temperature. The maximum ratio of modulus values can be up to 1000, and traditional elastic analyses are not pertinent. The possibility to characterize AM from frequency response functions (FRFs) was studied. A new optimization process using the finite element method (FEM) has been developed to back-calculate the LVE properties of AM from FRFs. The numerical optimization process was applied to a reference material with averaged LVE properties determined from tension-compression tests performed on a wide variety of AM types. The LVE properties were modeled considering the 3-Dim version of the model 2S2P1D (2 Springs, 2 Parabolic elements, and 1 Dashpot). Reference FRFs for the considered reference material were obtained from FEM simulations. Three different configurations that may be of interest for practical tests were studied at five different temperatures. The proposed numerical optimization method consists in performing separate optimizations at each temperature to obtain the LVE properties for the considered temperature. Then values obtained at each temperature are considered to optimize 2S2P1D and Williams Landel Ferry (WLF) Equation constants to simulate the global LVE behavior of the material. The accuracy of the process was assessed regarding both the calculated FRFs and the complex modulus evaluation. Results indicate that the proposed optimization process converges almost perfectly towards the reference FRFs. The simulated complex modulus values are also in very good agreement with the values of the reference material.