浅基础地基荷载-变形特性的分析研究

在土体主应力方向的旋转过程中,主应力方向与塑性主应变增量方向之间存在着非共轴现象,非共轴现象对应力-应变关系具有显著的影响。通过有限元二次开发,将角点结构非共轴理论应用到有限元程序ABAQUS中;对密砂单剪试验进行数值模拟,研究了非共轴现象及其对应力-应变关系的影响;采用离心模型试验方法,对圆形浅基础作用下饱和密砂地基荷载-变形特性进行试验研究;对离心模型试验进行数值模拟,将试验结果与数值计算结果进行对比,对非共轴模型的计算结果的合理性进行验证。研究结果表明:非共轴现象对浅基础地基荷载-变形特性具有显著的影响;当选取合理的非共轴塑性模量时,非共轴模型的计算结果与离心模型试验结果比较接近。     

土石坝拟静力抗震稳定分析的强度折减有限元法

基于拟静力抗震设计概念,提出利用强度折减有限单元法分析土石坝的抗震稳定性,给出了两种确定地震惯性力的方法：（1）依据《水工建筑物抗震设计规范》[1],并结合有关土石坝动态分布系数计算了沿坝高分布的地震惯性力;（2）直接利用土石坝有限元地震动力反应分析得到的单元节点加速度反应,依据建议的方法确定坝体各单元节点的地震惯性力。将上述计算确定的地震惯性力与其他形式的外荷载共同作用到土石坝上,采用强度折减有限元法确定土石坝坝体的拟静力抗震安全系数。对于稳定渗流期,水位降落期等不同工况,或需要考虑振动孔隙水压力作用的饱和无黏性土填筑坝等不同计算条件,给出了使用折减强度有限元法分析坝体抗震稳定性的实现途径和方法。研究表明,有限元法对边界条件、复杂断面条件和材料分区及荷载组合均具有较强的适应能力,因此,使用有限元法分析土石坝抗震稳定性具有显著的优越性。     

SBPT测定饱和黏土不排水强度的数值分析

自钻式旁压试验（SBPT）因其扰动小、测试深度大、可以获得应力-应变、超孔隙水压力-时间等数据,在确定地基土性参数和地基承载力上有广阔的应用前景。然而由于用以解释SBPT的柱孔扩张理论（Gibson解）所采用的平面应变假设与实际旁压腔几何特征存在差异,导致试验所确定的黏土不排水剪切强度su与其他原位试验或室内试验结果存在差别。针对旁压腔几何尺寸及应变区间的选择对确定su的影响,基于修正剑桥模型,采用低渗透系数控制加载过程中不排水条件,利用有限元法模拟SBPT,建议了不同应力历史下确定su的应变区间,并给出考虑几何尺寸影响时相应应变区间上su的修正系数。     

砂土液化变形的有限元-无网格耦合方法

通过构造Biot固结理论u-p方程的无网格伽辽金-有限元耦合方法,对砂土液化变形问题进行了数值模拟。对于饱和砂土,采用Oka等提出的弹塑性本构模型,同时采用更新的Lagrange计算格式推导了控制方程。耦合方法能够发挥有限元和无网格各自的优点,既避免了由于单元变形扭曲而引起的计算中断,也可节约计算时间,算例验证了该方法在地震液化问题中的有效性。     

复合加载条件下吸力式沉箱基础承载特性数值分析

吸力式沉箱基础的承载特性是海洋工程结构设施建造与设计中的一个关键问题。这种新型的深水海洋基础型式,通常承受竖向上拔荷载与水平荷载的共同作用,其工作性能与设计理论远远不能满足工程实践的需要。本文采用有限元分析方法对吸力式沉箱基础的极限承载特性进行数值计算。以大型通用有限元分析软件ABAQUS为平台,通过二次开发,数值实现了Swipe试验加载方法和固定位移比分析方法,针对不同的沉箱长径比、土的强度折减系数,探讨了沉箱基础在垂直上拔荷载和水平荷载单调联合作用下的极限承载力,通过对不同荷载组合的数值计算构造了复合加载条件下沉箱基础破坏包络面。     

有限覆盖径向点插值法及其在土工问题中的应用

将有限覆盖技术与径向点插值方法相结合发展了有限覆盖径向点插值无网格方法,从而综合了数值流形方法与点插值方法的各自优点,能够有效地处理连续与非连续性问题。用该方法构造的形函数具有Kronecker ? -函数属性,方便了位移边界条件的处理。在简要阐述了这种方法基本原理的基础上,将该方法用用于地基附加应力计算分析,结果证明本文方法精度高,方法简单有效。     

Numerical analysis and centrifuge modeling of shallow foundations

The influence of non-coaxial constitutive model on predictions of dense sand behavior is investigated in this paper. The non-coaxial model with strain softening plasticity is applied into finite-element program ABAQUS, which is first used to predict the stress-strain behavior and the non-coaxial characteristic between the orientations of the principal stress and principal plastic strain rate in simple shear tests. The model is also used to predict load settlement responses and bearing capacity factors of shallow foundations. A series of centrifuge tests for shallow foundations on saturated dense sand are performed under drained conditions and the test results are compared with the corresponding numerical results. Various footing dimensions, depths of embedment, and footing shapes are considered in these tests. In view of the load settlement relationships, the stiffness of the load-displacement curves is significantly affected by the non-coaxial model compared with those predicted by the coaxial model, and a lower value of non-coaxial modulus gives a softer response. Considering the soil behavior at failure, the coaxial model predictions of bearing capacity factors are more advanced than those of centrifuge test results and the non-coaxial model results;besides, the non-coaxial model gives better predictions. The non-coaxial model predictions are closer to those of the centrifuge results when a proper non-coaxial plastic modulus is chosen.     

考虑三向应力效应的最大Mises应力复合断裂判据

通过对脆性断裂过程中开裂扩展机理的分析,提出了径向平面最大Mises应力(RPMS)概念。在平面应变条件下考虑泊松比的影响,对不同应力复合比的I-II复合型载荷作用下裂尖处应力分布进行了分析,以此为基础,考虑裂尖处三向应力状态对断裂过程的影响,将径向平面上的最大Mises应力作为裂纹开裂扩展的控制因素。据此,针对复合型载荷模式,提出了裂尖复合脆性断裂判据及裂纹开裂方向表达式。将计算结果与现有试验或其他理论进行了对比分析,以此验证了该径向平面上最大Mises应力断裂判据的合理性。     

岩体锚固效应及锚杆的解析本构模型研究

利用Mohr-Coulomb、Hoek-Brown以及Duncan-Chang理论分别分析了块状和碎块状岩体锚固后的物理效应,通过分析认为,岩体锚固后可以有效地提高岩体的凝聚力和软弱结构面的抗剪强度,增强岩体的弹性模量,改善岩体的力学性质。通过对拉拔试验测试结果分析,在一定的假设条件下,推导了锚杆与注浆体或岩体耦合情况下的解析本构方程,并对其进行了参数分析,认为提高拉拔力、增大锚杆直径和锚固段长度可以有效地改善其锚固效果,并提出了锚固临界值的概念。在前人工作的基础上,利用提出的耦合解析本构模型建立了非耦合状态下锚杆的解析本构模型,通过计算认为,该解析模型是合理的。     

波浪作用下孔隙海床-管线动力相互作用分析

波浪作用下海床中的孔隙水压力与有效应力是影响海底管线稳定性的主要因素。然而,在目前的海床响应分析中一般将管线假定为刚性,并不能合理地考虑海床与管线之间的相互作用效应,同时也没有考虑土体和管线加速度对海床动力响应的惯性影响,从而无法确定由此所引起的管线内应力。为此考虑管线的柔性,分别采用饱和孔隙介质的Biot动力固结理论和弹性动力学理论列出了海床与管线的控制方程,进而采用摩擦接触理论考虑海床与管线之间的相互作用效应,基于有限元方法建立了海床-管线相互作用的计算模型及其数值算法。通过变动参数对比计算讨论了管线几何尺寸、海床土性参数对波浪所引起的管线周围海床孔隙水压力和管线内应力的影响。