土石坝混凝土防渗墙的非线性分析

采用Duncan-Chang E-B模型描述土的非线性特性,接触单元模拟防渗墙和土石坝之间的相互作用,利用非线性有限元程序计算了土石坝和防渗墙的应力和变形。结果表明：坝体应力状态和变形性质主要取决于坝体断面设计形式,防渗墙在一定范围内起作用;防渗墙材料不同对坝体应力与变形的影响主要由材料的刚度决定,刚性防渗墙对垂直沉降的制约作用明显;柔性防渗墙适应变形的能力强,但对位移的影响较大。对坝体稳定,刚性防渗墙的垂直变形是主要控制因素,关键部位在墙的底部;柔性防渗墙的水平位移是主要控制因素,关键部位在坝体的中下部。     

门架式双排抗滑桩的弹塑性模型与计算分析

门架式双排抗滑桩的计算模型大部分将桩排间岩土体视为弹性材料,而岩土体为弹塑性材料,使得抗滑桩内力、位移计算结果与实际情况相差较大。假设桩排间岩土体为弹塑性材料,提出一种弹塑性计算模型,该模型将桩排间岩土体看作线弹性单元和塑性单元的组合,根据结构力学知识、土的本构关系和数值分析方法建立一种计算前后排抗滑桩内力的计算方法。首先,由已知的桩顶位移,并结合结构力学位移法求出桩间土总应力。根据Lade-Duncan模型导出这两个单元的基本参数,然后,结合数值分析方法计算出抗滑桩的内力,最后,结合工程实例,运用ANSYS有限元软件进行计算分析,得出门架式双排抗滑桩的内力图。对比监测数据和弹性模型计算结果表明,弹塑性模型的计算结果比弹性模型更加接近监测值。     

倾斜荷载下群桩承载特性理论分析

倾斜荷载是海洋、输变线塔等桩基工程的最主要荷载形式之一。然而现行规范中有关该问题的计算方法相对并不成熟。将桩身划分为自由段和嵌固段,建立桩基单元体的挠曲微分方程;基于群桩p-y曲线法计算水平荷载下群桩承载特性;考虑桩-土相对滑移和竖向力引起的二阶弯矩(P-(35))效应,基于剪切位移法计算竖向荷载下桩-土相互作用;编制相应程序,以迭代法计算获得荷载-位移曲线、桩身弯矩分布规律曲线等。分析验证了所建立的理论计算方法的准确性和可靠性。相关研究成果拓展了工程设计中倾斜荷载作用下桩基承载特性计算方法,为工程设计与计算提供参考依据。     

邓肯-张参数对基坑支护结构变形的敏感性研究

有限单元法是计算基坑开挖支护结构变形的常见的数值计算方法,其土体模型参数的准确性是计算结果可靠性高的保证。邓肯- 张E-模型是岩土工程分析计算中常用的一种非线性弹性模型。本文以双排桩支护结构为例,针对模型参数敏感性进行大量非线性有限元计算,计算结果表明:影响基坑支护结构变形的主要参数为k、G、Rf和n,随着G、Rf和n的增大,侧向位移增大;随着k的增大,侧向位移减小。对于弯矩而言,参数的变化对弯矩的影响较小。从整体来看,邓肯- 张参数对侧向位移的敏感性要大于对弯矩的敏感性。     

基坑开挖时邻近桩基性状的数值分析

基坑开挖时尤为关注的问题是土体侧向移动对邻近桩基的不利影响,土体的侧向移动使邻近桩基产生侧向位移和附加应力及弯矩,甚至可能使上部建筑物功能失效。采用土工有限元软件Plaxis 8.2对内支撑排桩支护基坑开挖过程进行数值模拟,分析了基坑开挖时对邻近桩基的各种影响因素,包括单排桩、双排桩在不同开挖深度、支护桩的刚度、桩基刚度、桩基距基坑开挖面距离、桩身的约束和桩长条件下桩身水平位移和弯矩的变化特性。     

三峡库区滑坡抗滑桩设计地基系数取值的探讨

从岩土体性质、地下水、时间效应、深度、桩截面尺寸及桩周地基土的变形量方面,讨论了影响地基系数的几个因素,给出了线弹性地基反力法计算弹性桩内力的通解,比较了几种线弹性地基反力法的分布形式、适用条件及其不足之处.以三峡库区万州区二层岩滑坡为例,对于3种不同地质环境中的抗滑桩分别采用K法、C法、M法计算抗滑桩的内力,结果表明:M法计算得到的抗滑桩承受的弯矩、剪力最大,桩水平位移最大,对桩周岩土体的应力最小;K法计算得到的弯矩、剪力最小,桩水平位移最小,对桩周岩土体的应力最大.根据万州区滑坡抗滑桩嵌岩段岩土体的质量等级,认为万州区抗滑桩设计采用M法较适宜,这对万州区今后滑坡治理设计具有重要的指导作用.     

隧道开挖引起邻近单桩水平反应分析

隧道开挖会降低邻近桩基承载力,如何更为合理评价桩基水平附加响应是需要解决的问题。基于Pasternak双参数地基模型和三折线弹塑性荷载传递模型,采用两阶段分析法,并考虑侧向土体作用及地基土层的非均质特性,提出了更符合实际的单桩水平反应简化分析方法。通过与Winkler地基梁法及边界元法的对比分析,验证了方法的合理性。结合对单桩水平反应的多种影响因素进行参数分析,通过各因素相应的修正系数来对基准工况中单桩最大水平反应进行修正,得到计算工况中单桩的最大水平位移和最大弯矩。分析结果表明,桩基水平位移计算时可忽略侧向土体作用,而弯矩计算时应予以考虑;桩基计算工况的最大水平位移 最大弯矩 与平均地层损失比 呈现线性关系,而与隧道半径R、隧道轴线深度H、桩距隧道中心线距离x及桩身柔度系数 均呈现非线性关系。     

成层软土地基预固结处理后桩基水平承载力估算方法

目前通过对软土地基预加固处理来提高桩基水平承载力已被工程界认可,但如何在工程前期设计过程中估算软土地基预处理后桩基水平承载力提高值仍是技术难点。基于此,参考Bowles[1]的地基土水平抗力计算式,同时考虑成层软土地基预排水固结处理影响,通过数学推导,推求出根据原状软土室内土工试验抗剪强度指标及预加固处理时间,估算软土地基预处理后桩基水平承载力提高值的实用计算方法。考虑桩侧土弹塑性屈服影响,推导出成层软土中水平受荷桩弹塑性解析解及塑性区深度的计算式,给出了桩顶水平位移、桩身最大弯矩的无量纲计算式及相关计算源代码。依托于浙江省某水闸桩基工程案例,根据提出的计算方法对桩基水平承载力、桩顶水平位移及桩身最大弯矩等性状进行预估计算,并与地基预处理前、后现场试桩检测值进行验证对比,认为桩基水平承载力、桩顶水平位移及桩身最大弯矩等预估计算成果与工程现场试桩的检测值较接近,对类似工程设计具有较好的参考价值。     

三峡工程二期围堰心墙高双墙方案有限元分析

本文用自编的三维非线性程序对三峡工程二期围堰高双墙方案的应力与变形进行了有限元分析。计算模型采用双曲线应力应变关系。本次计算成果给出了围堰和防渗墙各部位的应力与位移，指出了可能出现破坏的薄弱部位。     

基于Mindlin解的压力型锚杆锚固段的受力分析

假设锚杆为与周围介质相同的材料,视锚杆作用的岩土体为弹性半空间位移体;基于Mindlin位移解,求出集中力作用下周围岩土体沿锚固体的轴向位移;根据压力型锚杆锚固段的受力状态,计算锚固体在轴向荷载作用下压缩变形,利用锚固体与周围岩土体变形协调假定,推导出锚固段轴向应力和剪应力分布的理论解。经过与已有现场试验实测数据对比分析,验证了理论解的可行性,并在此基础上讨论了相关岩土参数对锚固段轴向应力和剪应力的影响。锚杆现场试验和理论分析结果表明:压力型锚杆的锚固段所受轴向应力和剪应力与锚固力成正比;压力型锚杆的锚固段所受剪应力的分布形式受周围岩土体弹模、泊松比以及锚固体与周围岩土体界面的内摩擦角等因素的影响。其中周围岩土体的弹模影响最大。     

Influence of seismic motions on behavior of piles in liquefied soils

In the present study an analytical procedure based on finite element technique is proposed to investigate the influence of vertical load on deflection and bending moment of a laterally loaded pile embedded in liquefiable soil, subjected to permanent ground displacement. The degradation of subgrade modulus due to soil liquefaction and effect of nonlinearity are also considered. A free headed vertical concrete elastic nonyielding pile with a floating tip subjected to vertical compressive loading, lateral load, and permanent ground displacement due to earthquake motions, in liquefiable soil underlain by nonliquefiable stratum, is considered. The input seismic motions, having varying range of ground motion parameters, considered here include 1989 Loma Gilroy, 1995 Kobe, 2001 Bhuj, and 2011 Sikkim motions. It is calculated that maximum bending moment occurred at the interface of liquefiable and nonliquefiable soil layers and when thickness of liquefiable soil layer is around 60% of total pile length. Maximum bending moment of 1210 kNm and pile head deflection of 110 cm is observed because of 1995 Kobe motion, while 2001 Bhuj and 2011 Sikkim motions amplify the pile head deflection by 14.2 and 14.4 times and bending moment approximately by 4 times, when compared to nonliquefiable soil. Further, the presence of inertial load at the pile head increases bending moment and deflection by approximately 52% when subjected to 1995 Kobe motion. Thus, it is necessary to have a proper assessment of both kinematic and inertial interactions due to free field seismic motions and vertical loads for evaluating pile response in liquefiable soil.     

川藏公路某滑坡抗滑桩工程效果的有限元后评价

在对川藏公路二郎山k2730段Ⅰ# 滑坡及其抗滑结构现场调研的基础上,依据预应力锚索抗滑桩中桩土相互作用特征引入接触单元,并改进了PCEP2D有限元软件,将滑坡和抗滑桩结构相互作用作为整体,对桩体位移、桩身弯矩、锚固段桩体接触单元应力分布做了分析。与传统计算方法、实际监测资料进行对比,结果表明,该滑坡治理工程效果较好。     

预应力锚杆肋梁在深基坑支护中的应用

本文系统介绍了预应力锚杆肋梁的受力特点,分析了预应力锚杆肋梁的受力机理,并应用于深基坑支护工程,采用有限元方法对预应力锚杆肋梁支护的基坑进行数值计算,得出纵横梁的弯矩及面层的位移,弥补了传统方法的不足,将计算结果与传统的锚桩支护方法进行对比,表明在护坡桩桩端无法嵌入的情况下,采用预应力锚杆肋梁支护是一种经济、可靠的方式。     

基于块体单元法的岩石边坡安全系数研究

岩石边坡因其结构面数量众多、块体系统及其滑动方式复杂,给危险块体组合的搜索及其安全系数计算带来很大困难。基于块体单元法,对岩石边坡中的危险块体组合搜索及其安全系数的计算方法进行了研究。首先,在块体元强度折减计算的成果下,根据屈服面贯通理论提出搜索危险块体组合的新方法;然后,对安全系数计算方法进行研究,建议在位移突变判据下采用双线性交叉法计算安全系数;最后,进行了单面、双面和多面滑动以及复杂块体系统的算例分析,并与刚体极限平衡法计算结果进行了对比。结果表明,由于块体单元法考虑了力与力矩的平衡及结构面上应力的非均匀分布,其计算结果更准确。该方法有望广泛应用于复杂岩石边坡稳定分析。     

盾构隧道管片衬砌的平板壳-弹性铰-地基系统模型

从Reissner-Mindlin板单元入手,研究了盾构隧道管片衬砌结构之间的连接特征及土层与管片衬砌结构的共同作用,提出了盾构隧道管片衬砌结构的平板壳-弹性铰-地基系统模型,在此基础上研制了相应的有限元计算程序。该模型考虑了管片衬砌本身的弯曲、剪切和薄膜作用,考虑了纵向接缝在正负弯矩作用下的转动刚度差异和环向结缝对结构刚度的削弱作用,以及土层与衬砌结构的共同作用。能解决盾构隧道管片衬砌结构的三维受力分析,并能计算出结构的内力和变形,弥补了二维计算模型的某些不足。验证了程序的可靠性,最后给出了工程算例的三维计算分析结果。     

正交各向异性岩体裂纹扩展的扩展有限元方法研究

石油开采和非常规天然气开采等领域经常遇到页岩、砂岩等沉积岩,这类岩石材料往往具有正交各向异性特征。采用扩展有限元方法研究了正交各向异性岩体裂纹扩展问题,并基于Matlab平台编写了数值计算程序Betaxfem2D。将由复变函数法得到的裂纹尖端渐进位移场作为裂尖位移增强函数,用相互作用积分法计算混合模式应力强度因子,采用修改后的最大周向拉应力扩展准则确定裂纹扩展方向。与传统有限元方法的对比表明,扩展有限元方法达到相同计算精度需要的自由度少,节省计算机时。分别采用扩展有限元程序和传统有限元程序模拟了岩石试件4点弯曲试验,二者所得结果一致。数值试验表明：随着正交材料坐标系与空间坐标系夹角α的增大,裂纹扩展方向角? 按照周期为? 的近似正弦函数的规律变化;保持剪切模量和泊松比不变时,正弦函数的值域随着弹性模量比值E1 /E2的减小而缩小,但相位基本保持不变;研究沉积岩断裂力学问题时,岩石的正交各向异性特征不可忽略。     

Seismic analysis of laterally loaded pile under influence of vertical loading using finite element method

An efficient analytical approach using the finite element (FE) method, is proposed to calculate the bending moment and deflection response of a single pile under the combined influence of lateral and axial compressive loading during an earthquake, in both saturated and dry homogenous soil, and in a typical layered soil. Applying a pseudo-static method, seismic loads are calculated using the maximum horizontal acceleration (MHA) obtained from a seismic ground response analysis and a lateral load coefficient (a) for both liquefying and non-liquefying soils. It is observed that for a pile having l/d ratio 40 and embedded in dry dense sand, the normalized moment and displacement increase when the input motion becomes more severe, as expected. Further increasing of a from 0.1 to 0.3 leads to increase in the normalized moment and displacement from 0.033 to 0.042, and 0.009 to 0.035, respectively. The validity of the proposed FE based solution for estimating seismic response of pile is also assessed through dynamic centrifuge test results.     

荷载作用下挤扩支盘桩支护特性数值模拟分析

采用室内试验和数值分析相互验证方法,对单排挤扩桩和悬臂直桩基坑支护的桩顶位移和受力特征进行了研究,进而对基坑双排挤扩桩支护特性进行了分析。试验结果表明,与悬臂直桩相比,挤扩桩支护桩顶位移小,挤扩桩支盘提供的抗倾覆力矩有效地改善了挤扩桩的工作性状;与单排挤扩桩相比,双排挤扩桩基坑支护结构刚度大,在桩身内力分配以及控制基坑变形等方面有较大优势,是深基坑工程中经济合理的支护形式。     

饱和土中单桩水平瞬态响应研究

基于Biot动力固结方程,应用Novak薄层方法研究了饱和土中单桩在水平冲击荷载作用下的动力响应问题。首先引入势函数对方程解耦,再通过算子分解和分离变量法,结合初始边界条件,并联立桩基振动微分方程,推导了Laplace变换域内桩身位移函数及内力表达式。采用Laplace逆变换的优化模型求得了时域内瞬态响应的封闭解。将该解退化到单相介质条件下的桩顶位移-时间曲线与已有的边界元方法的结果基本吻合,验证了解答的正确性。参数分析结果表明：桩-土模量比、长径比、渗透系数对桩身位移均影响显著,而同条件下长径比超过一特定值后则影响较小,且桩土模量比是影响桩身弯矩大小及其分布的重要参数。     

环形超深基坑围护结构受力变形特性分析

结合上海世博500 kV变电站超深基坑实际工程,采用平面应变及轴对称弹性地基有限元分析模型对基坑围护结构的空间效应进行简化,分析了环形基坑空间效应、内衬墙以及水土压力模式对围护结构受力变形特性的影响,并与实测结果进行比较。结果表明,环形基坑围护结构的空间效应对其受力变形特性影响很大,在计算过程中必须考虑围护结构环向刚度对径向刚度的贡献;内衬墙作用类似于环形支撑,对地下连续墙受力及变形是有利的;地下连续墙水平位移实测值最接近于侧压力系数1.0的轴对称有限元分析结果;地下连续墙环向应力和弯矩实测值位于按规范水土分算与侧压力系数1.0的轴对称有限元计算结果之间。