硬化土模型体积屈服机制及其本构积分算法研究

剪切-体积双屈服机制的硬化土（Hardening-Soil）模型能够相对准确地反映土体复杂应力路径的影响在岩土工程中已得到广泛的应用,国内的相关研究对于其体积屈服机制的理解上普遍存在着偏差,相关文献对于其内部控制参数解法的描述并不正确,无法体现该模型准确模拟单轴压缩及K0固结特性等方面的优势。笔者从对其体积屈服和硬化内部控制参数的物理意义的着手,解释了该模型体积屈服机制的工作过程,并进一步给出了其内部控制参数的显式解析算法及推导过程。针对于该模型的非线性弹性-多屈服机制塑性所导致的数值求解复杂性,给出了其基于改进欧拉中点法的本构积分算法,结合相关研究的参考试验及数值计算结果进行了验证。     

岩土工程可靠度分析的神经网络四阶矩法

针对岩土工程的功能函数强非线性且难以显式表达的特点,提出了基于人工神经网络的四阶矩法,充分利用了基本随机变量的统计信息。首先利用神经网络对结构的隐式功能函数进行拟合,求得基本随机变量在均值点处的功能函数值及其偏导数,然后利用泰勒级数展开的方法由基本随机变量的前四阶矩求得功能函数的前四阶矩,并借助于Pearson系统获得功能函数的更高阶矩。在此基础上,通过最大熵原理确定以功能函数各阶矩为约束的功能函数的概率密度函数,最后由一次积分得到结构的失效概率。通过数值算例和工程实例不同方法的对比分析,表明基于神经网络的结构可靠度分析四阶矩方法是可行的,有效的,能够满足岩土工程可靠度分析的要求。     

不等跨连拱隧道施工全过程的有限元模拟

用同济曙光岩土及地下工程设计与施工分析软件(GeoFBA2D),对某高速公路不等跨连拱隧道的施工全过程进行有限元模拟。得出隧道围岩应力、围岩位移、初衬与二衬的接触压力、中墙内力随施工过程的变化规律。研究表明,大洞的拱顶最大拉应力是小洞的4倍,不等跨效应十分明显;小洞拱顶沉降明显分为三个阶段;小洞的初衬与二衬的接触压力要比大洞大;中墙内力随施工过程变化显著,但最终值很小。结论对隧道设计和施工具有科学指导意义。     

Macro-and Micro-Properties of Two Natural Marine Clays in China

In this paper,macro- and micro- properties of natural marine clay in two different and representative regions of China are investigated in detail.In addition to in-situ tests,soil samples are collected by use of Shelby tubes for laboratory examination in Shanghai and Zhuhai respectively,two coastal cities in China.In the laboratory tests,macro-properties such as consolidation characteristics and undrained shear strength are measured.Moreover,X-ray diffraction test,scanning electron microscope test,and mercury intrusion test are carried out for the investigation of their micro-properties including clay minerals and microstructure.The study shows that:(1) both clays are Holocene series formations,classified as either normal or underconsolidated soils.The initial gradient of the stress-strain curves shows their increase with increasing consolidation pressure;however,the Shanghai and the Zhuhai clays are both structural soils with the latter shown to be more structured than the former.As a result,the Zhuhai clay shows strain softening behavior at low confining pressures,but strain hardening at high pressures.In contrast,the Shanghai clay mainly manifests strain-hardening.(2) An activity ranges from 0.75 to 1.30 for the Shanghai marine clay and from 0.5 to 0.85 for the Zhuhai marine clay.The main clay mineral is illite in the Shanghai clay and kaolinite in the Zhuhai clay.The Zhuhai clay is mainly characterized by a flocculated structure,while the typical Shanghai clay shows a dispersed structure.The porous structure of the Shanghai clay is characterized mainly by large and medium-sized pores,while the Zhuhai clay porous structure is mainly featreed by small and medium-sized pores.The differences in their macro- and micro- properties can he attributed to different sedimentation environments.     

顶管施工中顶力和平均摩阻力与顶程关系分析

顶力是顶管施工中必须确定的一个重要参数,平均摩阻力则是衡量顶进效果的一个重要指标。为研究二者与顶程的关系,通过现场实测某长距离大口径急曲线顶管两节管段顶进过程中的顶力以及由顶力计算的平均摩阻力的变化情况,对顶力和平均摩阻力随顶程变化规律及其影响因素作了深入分析。由于影响因素复杂多变,顶力全程呈较为剧烈震荡上升的趋势,平均摩阻力则在经过初期的高位震荡后,由于施工趋于稳定,如泥浆套已成型、轴线控制已相对稳定,以及顶程对影响因素的稀释作用,而迅速下降并变得比较平稳。只要施工控制措施得力,长距离大口径急曲线顶管的平均摩阻力完全可以控制在较低的水平上。最后,本文就施工措施提出了一些建议。     

Kriging插值方法在地层模型生成中的应用

为了建立三维数字地层,采用了一种适合城市工程地质和岩土工程特点的地层数据模型-基于钻孔信息的3棱柱模型。由于钻孔之间的距离稀疏程度、方向、数据值存在差异,钻孔以外未知的地质特性需要插值和推断,传统的数理统计方法无法很好地解决空间样本点的选取、空间估值和2组以上空间数据的关系等问题。借鉴地质统计学的Kriging方法给出一种距离加权插值算法,即先根据空间数据得到统计特征,再根据统计特征进行插值。通过对地层模型插值结果的观察,得出该算法可以获得良好的插值效果。     

机场飞行区地下穿越工程管理与建造要点

中国民航业的快速发展致使许多机场出现了开发利用地下空间的需求,尤其是地下道路穿越既有飞行区的需求。因此,文章在调研分析了多个国内外机场飞行区地下穿越工程的基础上,从管理、规划和建造方面总结了机场飞行区地下穿越工程的建设要点。在管理方面,需要制定贯穿下穿越工程全过程的安全管理体系,并实施安全风险管理,严格执行不停航施工和禁区施工的规定。在规划方面,需要充分考虑机场功能区的空间组织和布局,采用近期与远期相结合、地上与地下相协调、开发与保护相统一的原则,实现机场飞行区不同功能区的有机、高效连接。在建造方面,需要以机场飞行区的运营要求为基础制定下穿越工程的变形控制标准,采用精细化设计、微扰动施工和高精度监测等控制技术,实施分区域、分阶段、分级的扰动控制,实现机场安全运营和经济的平衡。上述管理和建设要点可为其他飞行区的下穿越工程提供借鉴和参考。     

大变形有效应力分析退化为总应力分析的新方法

传统方法在将有效应力分析向总应力分析退化时,一般采用将所有节点的孔压置为0的办法,这相当于对所有节点引入0压边界条件而影响了程序的通用性。将广义Terzaghi有效应力原理引入大变形固结理论中,并推导了其增量有限元方程。提出将广义有效应力系数置为0的新方法,实现了大变形有效应力分析向总应力分析的退化。新方法概念清晰,操作简单,不需要修改边界条件,可增强大变形有效应力分析程序的通用性。通过算例分析,证明了新方法的有效性。应用中可分别将广义有效应力系数置为1和0,对同一模型经过2次运算后,可对任意点在任意加荷条件下的固结沉降、最终沉降、固结度等指标进行准确评估,为工程设计和施工控制提供有效的分析手段。     

大变形固结理论最终沉降量分析

大变形理论的力学机制较为严格,但由于其固有的复杂性和非线性,目前对大小变形理论计算的沉降量差别仍存在争议。基于连续介质力学基本原理,采用土力学符号约定推导了T.L.描述的大变形固结增量有限元方程组及其总应力分析形式。结合算例,分析了材料线性化和材料几何双线性化简化算法的影响,探讨了较合适的荷载增量步长,讨论了大、小变形法计算的最终沉降量差别。结果表明,荷载增量步长对两种线性化法计算结果较为敏感;大变形法计算的沉降量偏大于小变形结果,这可能是由几何非线性问题的“拉压刚度不同”效应引起;初应力矩阵对最终沉降量有较大影响等。     

细观非均匀性对脆性岩石材料宏观破坏形式的影响

岩石材料的宏观力学特征是材料内部细观力学特性的综合反映。对于脆性岩石材料,其内部的非均匀性对材料的宏观破坏形式有着重要的影响。应用演化细胞自动机方法（ECA）对岩石的非均匀性进行了初步的探讨。该方法以位移、力、应力和应变等矢量和张量作为系统的基本变量,定量计算了反映岩石破坏过程中应力集中以及应力重新分布的过程。在宏观上则认为脆性岩石材料是一种非均匀性材料,并假定脆性岩石材料的非均匀性符合Weibull分布,坡度参数m是Weibull分布中的反映分布非均匀程度的重要参数。通过对符合Weibull分布中不同坡度参数的脆性岩石材料进行数值模拟试验,发现由Weibull分布中的坡度参数表示的非均匀性是影响脆性岩石材料破坏方式的重要因素,材料的坡度参数越小,材料越不均匀,其破坏形式则越具有随机性;材料的坡度参数越大,材料越趋于均匀,其破坏形式越具有规则性,即趋于弹性材料的破坏形式,这与试验结果是吻合的。