水平荷载情况下深海吸力锚稳定性研究

深海吸力锚基础的极限承载能力是海洋工程结构设计中的一个关键问题,达到极限平衡状态时,吸力锚的极限承载能力与其失稳模式密切相关。本文基于Cou lom b摩擦对原理,给出了一种精确模拟吸力锚承载能力的有限元模型。在该数值模型基础上,利用通用有限元分析软件ABAQU S,研究了系泊点位置、长径比对吸力锚承载能力的影响,并给出了深海吸力锚失稳模式。研究结果表明,系泊点位置极大地影响着吸力锚的极限承载力和稳定性,系泊点位置的变化,会导致吸力锚出现前倾转动、平移滑动和后仰转动等的失稳模式。     

均质地基上浅埋矩形基础极限承载力上限分析

基于土体塑性极限分析理论,推导一般黏性土地基上矩形基础承载力的上限解。为了证实上限解的合理性与适用性,采用大型通用有限元分析软件ABAQUS进行数值分析,并分别与Vesic理论解和Salgado et al理论解进行了对比。结果表明,推导的三维矩形基础上限解能较好地计算黏性土地基的极限承载力。     

非共轴本构模型在吸力桶地基承载力

土体在剪切变形过程中产生主应力方向的旋转时,主应变率方向与主应力方向之间存在着非共轴现象,然而,传统的弹塑性本构模型并不能考虑该现象的影响。通过在传统本构模型屈服面的切线方向增加一项非共轴塑性应变率,即可实现对非共轴现象的反映。利用有限元软件ABAQUS的材料子程序接口UMAT,通过显式积分算法和自动分步方法实现了非共轴模型在有限元分析中的应用。首先,对砂土的单剪试验进行数值模拟,预测了主应力方向和主应变率方向之间的关系,所得结论与试验结果较为吻合。然后,针对吸力桶与砂质地基间的相互作用问题进行弹塑性有限元计算,分析了土体主应力方向在剪切变形过程中的旋转规律,以及桶体的端部阻力、侧壁摩擦阻力和顶部阻力在变形过程中的变化规律。最后,检验了非共轴现象对地基承载力计算结果的影响。研究结果表明,所开发的非共轴模型对非共轴现象具有良好的预测能力。     

不同初始固结应力条件下主应力方向对海洋密砂不排水单调剪切特性的影响

利用大连理工大学的“土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪”,针对相对密实度为70％的福建标准砂,在不排水条件下控制试验过程中的中主应力系数保持不变,进行了不同初始固结应力条件下不同主应力方向的单调剪切试验.以此着重探讨了主应力方向及初始固结应力对饱和密砂单调剪切特性的影响,研究表明,主应力方向和初始固结应力对于密砂的有效应力路径和应力-应变关系均具有十分显著的影响.通过与饱和松砂不排水单调剪切特性的对比分析,探讨了初始相对密实度对砂土剪切特性的影响,研究表明随着主应力方向角增大,密砂的应变硬化效应逐渐减弱,但未出现松砂对应的应变软化现象.     

土工环剪仪的开发及其应用研究现状

在回顾国内外有关土工环剪仪研发及其应用研究工作的基础上,介绍了环剪试验设备的开发历程以及当今国际上对环剪试验系统研制方面的最新进展。总结了环剪仪在土工研究工作中的应用情况以及新的试验方法和测试技术等。着重阐述了利用环剪试验在对土峰后应变软化现象与残余强度分析、土的剪切带形成机制试验研究、地质灾害成因机制分析以及土工合成材料界面抗剪强度测定等方面研究中的主要内容、方法和成果。     

复杂应力条件下松砂振动孔隙水压力与体变特性的试验研究

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在5种初始主应力方向角与5种中主应力系数相组合的初始固结条件下,对饱和松砂进行了不排水循环扭剪试验。讨论了初始固结条件对不排水条件下饱和松砂孔隙水压力变化规律及对剪胀、剪缩、卸荷体缩等体积变化过程的影响。试验研究表明：（1）分别以稳定残余孔隙水压力和破坏时循环次数归一化后的残余孔隙水压力比和循环次数比之间的关系可以用双曲线模式表达。其参数主要依赖于初始主应力方向,中主应力系数对参数的影响并不显著。归一化后的孔隙水压力比与广义剪应变之间的关系也可以用双曲线模式表达,其中的2个待定参数依赖于初始主应力方向,与中主应力系数无关;（2）在三向非均等固结条件下的不排水循环扭剪试验中,饱和松砂表现出卸荷体缩特性,不同初始主应力方向时,饱和松砂剪缩、剪胀、卸荷体缩呈现出不同的交替变化模式。     

复合加载条件下沉箱基础稳定性的三维效应

联合采用swipe加载模式与固定位移比加载模式,对于吸力式沉箱基础在水平荷载H与力矩M的复合加载条件下的稳定性进行比较系统的三维有限元分析,主要探讨了基础埋深与直径之比、地基土不排水强度的非均质性对于基础在H-M荷载空间内的破坏包络轨迹的影响,揭示了地基在不同荷载分量组合条件下的失稳破坏机制,并与平面应变假定下得到的结果进行了比较。计算结果表明：平面应变与三维情况下基础的破坏包络面形状有较大差异,分析基础稳定性时,必须考虑其三维效应。在三维情况下,非均质土中埋深与直径之比较小的基础的破坏包络面仍然会向负方向倾斜,已有的包络面方程明显高估这种情况下沉箱基础在正向水平荷载与力矩联合作用下的承载力,从而导致基础设计偏于不安全。     

复杂应力条件下饱和松砂孔隙水压力增长特性的试验研究

针对福建标准砂D1=30％,在三向非均等固结条件下,利用新研制的土工静力一动力液压三轴一扭转多功能剪切仪针对多种不同初始主应力变化方式进行了循环扭剪试验,讨论了初始主应力方向变化等初始固结条件对饱和松砂不排水条件下孔隙水压力变化规律的影响,对循环扭剪过程中主应力方向与中主应力系数的变化进行了分析,给出了孔隙水压力随循环次数的变化规律。结果表明：分别以最大孔隙水压力和液化破坏时循环次数归一化后的孔隙水压力比和循环次数比之间的关系依赖于循环剪应力幅值和初始主应力方向。而归一化后的孔隙水压力比与广义剪应变之间的关系和循环剪应力幅值、初始主应力方向无关,可以统一地采用双曲线模式表达,其中的两个待定参数依赖于初始主应力方向。     

球形颗粒紧密堆积状态时的吸力分析

根据圆液面假设和热力学基本原理,研究了球形颗粒紧密堆积模式在水封闭状态（状态2）时的吸力特性,得到了状态2中3类吸力和3类等效吸力与饱和度的定量关系和以接触角和饱和度或饱和半径为参数的吸力比表达式。进一步的研究表明,在状态2中吸力比都小于1,与基于松散堆积模式在水封闭状态（状态1）时得到的结果比较后可知,随着颗粒排列密实度的增大,相对于基质吸力,张力吸力的作用将有所降低但仍然不可忽视。另外,随饱和度变化,状态2中的3类吸力,特别是3类等效吸力的变化趋势与基于状态1得到的结论基本一致。在状态2中,对数吸力比与饱和半径呈明显的线性关系,吸力比与饱和度也呈明显的线性关系,前者与状态1中的吸力演化规律一致,而后者则存在较大不同。     

隧道开挖对邻近桩基工作性能的影响研究

隧道开挖对邻近既有建（构）筑物桩基乃至整个建（构）筑物的稳定与安全带来不同程度的影响。采用大型通用有限元分析软件ABAQUS,结合工程算例,模拟隧道开挖对邻近桩基工作性能的影响。首先分析了当邻近桩基与隧道竖向轴线之间的水平距离和桩长变化时隧道开挖所引起的单桩反应变化规律;在此基础上,研究了隧道开挖对邻近群桩的影响,对比分析了群桩中基桩与单桩的工作性能差异,得出了一些对工程建设有意义的结论。