描述饱和黏性土应变软化的弹塑性双面模型

常规三轴压缩试验中具有较强结构性的黏性土在围压较低时其应力−应变关系会呈现应变软化现象,一般还伴有塑性变形,通常土体内部结构损伤是应变软化产生的主要原因。考虑到采用经典塑性理论描述材料的应变软化不仅会违背 Drucker 的稳定性假设,而且也不能描述卸载塑性。因此,基于修正剑桥模型及 Li 和 Meissner 提出的塑性硬化准则,建立了一个描述饱和黏性土不排水应变软化的弹塑性双面模型。该模型以应力−应变曲线的峰值点分界,将应变硬化和应变软化分别作为独立的加载事件进行分析,同时引入新的结构性参数表征剪切过程中土体结构损伤导致的塑性刚度衰退。对不同固结状态饱和结构性黏土的三轴固结不排水压缩试验结果的模拟表明,所建模型能够较好地描述饱和黏性土的不排水应变软化特性。     

岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅱ):参数反演及数值模拟

海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确定难度大的问题,进行耦合模型中损伤参数的反演。采用基于岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型所编制的计算程序和智能位移反分析程序,对大连地铁海事大学试验线路过河段隧道施工过程中的围岩稳定性进行数值计算。根据现场监测位移采用耦合模型进行损伤参数反演,其中耦合计算中采用应力场与渗流场分别迭代求解的间接耦合方法进行有限元计算,利用反演的参数对隧道围岩应力场、渗流场、损伤场分布规律及衬砌结构的受力特征进行了分析。研究结果表明:利用位移反分析法得到的围岩力学参数进行类似地质条件的隧道围岩数值分析是可行的,进而可以预测围岩的变形破坏模式,判断围岩的稳定性。与此同时,通过数值计算可知,地下水的渗流作用对近海隧道的围岩变形有一定的影响,增加了围岩的应力、位移,从围岩-支护结构共同作用原理考虑,进行隧道支护结构设计是应该考虑三场耦合效应的,计算结果可以指导隧道防排水施工质量的改进与提高,为近海富水区隧道开挖设计提供一定的理论参考。     

青藏高原巴颜喀拉地块构造形变特征的数值模拟

1997年以来发生在青藏高原主体的一系列强震均围绕巴颜喀拉地块周缘断裂带分布。在现今GPS观测的约束下,利用弹塑性平面应力有限元模型,模拟分析了巴颜喀拉地块在周缘断裂带控制下的构造形变特征。结果表明,弹性模型不能解释现今利用GPS观测到的巴颜喀拉地块的构造形变特征,当昆仑山断裂带中段和玉树—鲜水河断裂带处于塑性屈服状态(有较大相对滑动)时,计算得到的速度场与GPS的观测值吻合较好,表明该区现今的地壳运动主要被这2条断裂的变形所吸收。进一步的模拟分析发现,如果依据断裂带上强震的复发周期给定各个断裂带的相对塑性屈服强度,则在玉树—鲜水河断裂带和东昆仑断裂带中段进入塑性屈服之后,玛尔盖茶卡—若拉岗日断裂带玛尼段和黑石北湖断裂带会先后进入破裂滑动状态,东昆仑断裂带东段和龙门山断裂带南段最后进入屈服状态,指示巴颜喀拉地块的整体运动在周缘断裂带控制下具有分段性和分期性。     

某海底沉管隧道风塔及下部结构抗震性能分析

为研究某海底隧道风塔及下部结构体系在塑性阶段的损伤破坏形态及特点,探讨在多重荷载作用下弹塑性静动力响应对结构的影响,建立了沉管隧道风塔及下部结构的大型三维有限元模型。采用基于能量原理的混凝土塑性及损伤本构模型,借助大型有限元软件ANSYS及ABAQUS分别对结构进行不同地震条件下的动力时程分析,对比分析振型、层间位移角及较为完整的塑性损伤破坏系数曲线。结果表明:不同设防地震下,结构整体性良好,振型及层间位移角满足规范要求;不同罕遇地震下,该结构的混凝土塑性拉压损伤最大时刻均发生在20 s,主要破坏区域在风塔与人防井及下部立柱的接触位置,且拉伸破坏系数明显高于压缩破坏。本文的研究成果可以为类似近海沉管隧道工程抗震设计提供一定的依据与指导。     

考虑楼板作用的SRC柱-钢梁混合框架动力时程分析

为了解楼板空间作用对型钢混凝土(SRC)柱-钢梁混合框架抗震性能的影响,利用有限元软件ABAQUS分别建立带有楼板和不带楼板的两跨三层SRC柱-钢梁框架,选取2组天然波和1组人工波对其进行弹塑性分析,对比2种框架结构的型钢应力分布、混凝土板损伤、层间相对位移角以及框架基底剪力,分析楼板在结构抗震中的影响规律。结果表明:增加楼板可以有效增加框架抗侧刚度,最大可使层间位移角降低38.7%;同时可以减小核心区梁端塑性区域的面积,减缓型钢上翼缘应力发展速度;而且楼板的存在可使最大基底剪力提升60.7%,有利于减小结构损伤和提高抗震性能。     

高速铁路弹塑性路基及轨道的地震反应特性研究

高铁列车运行时突发地震会对路基及轨道产生振动危害,严重影响列车的安全运行。为此,文中建立轨道系统-弹塑性路基-地基三维精细化有限元模型,分析高速铁路弹塑性路基和轨道在不同列车速度v(50、70、100、130 m·s~(-1))下的地震反应特性,结果表明:地震与列车共同作用下,路基和轨道的位移振幅主要受地震作用影响,而车速变化对路基位移幅值的作用较弱,对轨道的作用较强;地震发生时,列车以不同车速运行会对路基和轨道的频谱曲线产生不同程度的波动影响,其中在车速50 m·s~(-1)时波动最为剧烈,且总体向高频移动,并出现多个振动主频,此时路基和轨道的加速度峰值分别为单独移动荷载的2.3和1.3倍,路基及轨道加速度显著提高;地震作用下,列车的脱轨系数与横向位移在车速50 m·s~(-1)时显著增大,超过列车安全运行的标准;推测车速50 m·s~(-1)(180 km·h~(-1))为列车脱轨的临界速度。     

不同跨高比对多层钢框架内填混凝土深梁结构抗震性能影响

为了研究不同跨高比多层钢框架内填混凝土深梁结构的抗震性能,在钢框架内填混凝土深梁滞回性能试验的基础上,利用ABAQUS对六层纯钢框架（结构一）、钢框架内填跨高比为2混凝土深梁结构（结构二）和钢框架内填跨高比为0.75混凝土深梁结构（结构三）进行弹塑性时程分析。结果表明:内填混凝土深梁使结构整体刚度明显增大;在地震波的作用下,结构二的最大顶点位移降低可达58.3%,结构三的最大顶点位移降低可达89.3%,内填混凝土深梁,结构的抗侧移性能得到了极大改善,且随着深梁跨高比的减小而大幅度提升;结构二滞回曲线饱满,呈现纺锤形,混凝土深梁充分起到了第一道防线作用。经济合理的钢框架内填混凝土深梁结构具有一定的工程应用价值。     

冻土弹塑性本构模型研究现状

土体的本构模型是分析计算土工结构变形规律的关键。自剑桥模型提出以来,对于土体本构模型的研究,各国学者在不同环境条件下发展研究了适用于相应试验条件下的各类模型。随着寒区经济的发展,关于冻土力学性质的研究日益增多,许多学者借鉴常规融土的研究方法建立了不同条件下的冻土弹塑性本构模型。为了进一步理清冻土变形行为的特征,完善适用于冻土弹塑性行为的本构模拟理论和方法,作者总结和分析了各类冻土弹塑性本构模型的理论基础、建模方法、参数确定方法等内容,对进一步发展可准确描述冻土复杂力学行为的本构模型具有指导意义。     

含水量对高含冰量冻结砂土屈服面的影响

以往关于冻土屈服特性的研究很少考虑含水量的影响,但实际工程中经常遇到的是变含水量情况,因此本文通过-5.0℃条件下高含冰量冻结砂土的一系列三轴压缩试验,系统地研究了含水量对屈服特性的影响,并且由此建立了带有含水量参数的偏应力-剪应变增量型关系式。试验结果表明：随含水量的变化,应力-应变曲线类型有明显变化,即在不同的含水量区间,含水量对硬化规律有不同的影响特性,因此为了使屈服函数的形式更加简单和提高拟合准确度,对于屈服函数的具体形式应该根据塑性剪应变（硬化参数）和含水量不同区间进行分别确定;当塑性剪应变较小时（0.00%~1.00%）,随含水量的增大,偏应力逐渐增加,而当塑性剪应变较大时（大于1.00%）,随含水量的增大,偏应力有一个先减小后增大的变化过程,并且42.0%可以作为含水量转折点;通过分段硬化原则建立的带有含水量参数的屈服函数与偏应力-剪应变的增量型关系式的模拟值与试验点基本相吻合,这说明得到的屈服函数与偏应力-剪应变的增量型关系式可以用于不同含水量条件下屈服面和偏应力-剪应变曲线的预测。     

下穿隧道开挖引起的挤土桩沉降控制分析方法

随着地下空间开发利用的立体式发展,地下近接工程中结构相互作用问题日益突显。针对盾构隧道下穿既有挤土桩问题,提出了基于岩土介质小孔扩张（收缩）理论的分析方法。通过基于统一砂黏土本构模型和大应变假设推导的小孔扩张-收缩排水解析解,建立了隧-桩相互作用力学模型;提出了隧道开挖影响下桩基的承载力衰减因子,并采用荷载-沉降曲线预测了桩基沉降。由分析结果可知,隧道地层损失引起的桩侧承载力减小、桩端承载力减小和桩端刚度损失,三者共同作用促使桩基发生沉降失稳,并提出了桩基的承载力控制准则、稳定控制准则和变形控制准则。此外,研究得到了桩基失稳时隧道地层损失与各因素之间的相关关系。其结果为揭示隧道与邻近结构相互作用机制、保障地下结构稳定性提供了有效的分析手段和必要的理论依据。