隧道施工数值模拟及衬砌强度安全系数分析

以某隧道为背景 ,采用二维弹塑性有限元分析方法 ,模拟隧道开挖和支护过程 ,计算衬砌和围岩内力及衬砌的强度安全系数 ,研究衬砌厚度变化对其安全系数和结构稳定性的影响 ,探讨最小衬砌安全厚度 ,为类似隧道设计施工提供科学依据     

盾构法施工过程的有限元模拟

在综合考虑了现有的有限元模拟方法的基础上,对部分仿真模拟细节进行了改进,改进了水平荷载的施加方法,用"等代层"来模拟盾尾建筑空隙,用预设单元的刚度迁移来模拟盾构的推进过程。通过对某地铁隧道盾构施工过程的模拟,分析了盾构推进过程中地表土体的位移与变形,计算得到的隧道横断面和隧道纵向地面沉降分布曲线与实测数据比较接近,结果证明了模拟方法是可行的。     

底板有齿坎时水闸地基反力分布规律的研究

对一建在软基上底板有齿坎的水闸进行原型试验,测试不同工况下底板的地基反力,用有限元法计算相应的地基反力。通过实测值、计算值的对比分析,发现底板有齿坎时水闸地基反力分布并不均匀,地基反力在两端齿坎下相对集中。随着上部荷载的增加,地基反力分布向均匀化方向发展。     

基于强度折减法的三维边坡稳定性与破坏机制

基于强度折减技术的三维弹塑性有限元法是当前较为有效的边坡稳定性评价方法,但很少应用于复杂地质环境及负载条件下的三维边坡稳定性与破坏机制分析。拓展这一方法,利用典型算例,探讨了单元尺寸、边界条件、土体强度、局部超载和地震荷载等因素对三维边坡稳定性及潜在滑动面的影响;在此基础上,着重研究含软弱夹层及地下水的复杂三维边坡在负载条件（坡顶局部超载及地震荷载）下的破坏模式及滑动机制。结果表明：随着黏聚力的增加,潜在滑坡体的剪出位置远离坡脚,滑坡后沿远离坡肩,滑坡深度加深;坡顶超载强度较低时,边坡表现为整体破坏模式,而高超载强度下表现为局部地基破坏;考虑地下水后边坡的稳定性显著下降,且潜在滑动面加深,滑坡体体积有所增大。含软弱夹层的三维边坡,其潜在滑动面呈折线型,当受超载作用时,其破坏模式和滑动机制与地震荷载作用下不同:前者为竖向剪切和水平错动的联合作用,而后者为软弱夹层水平错动起主导作用。     

挡墙加固非饱和土边坡整体稳定性分析

在对挡墙加固边坡进行设计和评价时应综合考虑基质吸力和挡墙对边坡整体稳定性的影响。应用可以考虑基质吸力的弹塑性强度折减有限元程序,分析了挡墙加固非饱和土边坡的整体稳定性,揭示了基质吸力对加固边坡整体稳定性的影响程度,同时亦分析了整体潜在滑动面位置的变化情况,并进行了关于吸力摩擦角的敏感性分析。     

一种有限元转化为颗粒离散元的方法及其应用研究

为了充分发挥有限元与颗粒离散元各自的优势,提出了一种由有限元转化为颗粒流的方法。数值模型首先用较粗的有限元网格进行离散,并在单元上引入连续介质本构模型。力学计算开始后,实时跟踪各单元的应力状态。一旦某单元的应力满足Mohr-Coulomb准则或最大拉应力准则,删除该单元,同时创建具有一定数目、随机分布且微嵌入的颗粒簇。其后,该单元所在区域的非连续变形及失稳断裂由颗粒簇演化获得。各颗粒的质量、材料参数、速度、位移、接触力等信息根据插值从有限元单元中继承。为了实现有限元与颗粒流接触面的耦合计算,引入了点-棱（二维）及点-面（三维）接触模型,通过法向及切向弹簧实现接触力的计算。颗粒球与有限元板的碰撞分析、单轴压缩、岩石切割等案例展示了上述方法的精确性及合理性。     

General coupling extended multiscale FEM for elasto‐plastic consolidation analysis of heterogeneous saturated porous media

This paper presents a general coupling extended multiscale FEM (GCEMs) for solving the coupling problem of elasto‐plastic consolidation of heterogeneous saturated porous media. In the GCEMs, the numerical multiscale base functions for the solid skeleton and fluid phase of the coupling system are all constructed on the basis of the equivalent stiffness matrix of the unit cell, which not only contain the interaction between the solid and fluid phases but also consider the time effect. Furthermore, in order to improve the computational accuracy for two‐dimensional problems, a multi‐node coarse element strategy for the GCEMs is proposed, and a two‐scale iteration algorithm for the elasto‐plastic consolidation analysis is developed. Some one‐dimensional and two‐dimensional homogeneous and heterogeneous numerical examples are carried out to validate the proposed method through the comparison with the coupling multiscale FEM and standard FEM. Numerical results show that the newly developed GCEMs can almost preserve the same convergent property as the standard FEM and also possesses the advantages of high computational efficiency. In addition, the GCEMs can be easily applied to other coupling multifield and multiphase transient problems. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于非饱和土固结理论的有限元强度折减法

库水位下降使库岸坡体内产生饱和－非饱和非稳定渗流,非稳定渗流作用是边坡失稳的重要原因之一。为了分析非稳定渗流对边坡稳定性的影响,首先推导了固、液两相孔隙介质的固结方程,考虑了土体渗流与变形的耦合作用。在此基础上结合有限元强度折减法求解边坡稳定安全系数,将渗流、变形及稳定分析采用一套统一的有限元方法。并通过算例分析了库水位骤降情况下,坡体的渗透系数、水位降落比对稳定安全系数的影响,计算结果表明,所提的理论和方法是有效可行的,为饱和-非饱和非稳定渗流作用下边坡稳定问题的分析提供了实用工具。     

上海地铁二号线龙阳路站地面振动测试与模拟分析

为探究上海地铁二号线运行引发的龙阳路站附近地面振动,本文对该区段地面进行振动测试,并对实测数据进行处理,分析了不同频段的衰减规律及波动的影响因素;同时,利用有限元软件ANSYS建立二维地铁隧道模型,模拟地铁振动荷载计算地表振动,分析了地表振动位移峰值随距离增加的传播规律及不同隧道埋深对其影响。结果表明：场地地形及土层条件等因素对实测结果影响较大;随距离增加,地面振动加速度竖向振动幅值衰减比水平向更慢,地面振动竖向位移峰值持续减小,水平位移峰值先增加后减小;隧道深埋影响地面振动位移,且埋深越大,地面振动位移越小。     

预应力土钉支护结构变形与破坏的数值分析

研发的SnEpFem土钉有限元分析系统,具有以下新的特点：钉土接触单元采用了比Goodman单元更为合理的Desai单元;面层单元采用了弹性地基梁模型;对土体单元考虑了追踪破坏情况。用此系统分析了预应力施加位置及水平,对坡面水平位移、坡顶沉降及其范围、坑底隆起、张拉和塑性区的作用机制的研究表明：（1）预应力土钉布置在边坡中上部且施加较大的预应力对控制坡面水平位移、张拉区和塑性区比较有利;（2）预应力位置及大小对坡顶沉降值、沉降范围,坑底最大隆起值和隆起位置影响很小,基本可以忽略;（3）预应力施加位置及水平,对坡体内应力状态分布、拉张区、塑性区的影响较大。基于以上分析,总结了预应力土钉工作机理。对一工程实例进行了位移对比分析,证实了SnDpFem系统的可靠性。