Generalized failure envelope for caisson foundations in cohesive soil: Static and dynamic loading

The response of massive caisson foundations to combined vertical (N), horizontal (Q) and moment (M) loading is investigated parametrically by a series of three-dimensional finite element analyses. The study considers foundations in cohesive soil, with due consideration to the caisson-soil contact interface conditions. The ultimate limit states are presented by failure envelopes in dimensionless and normalized forms and the effects of the embedment ratio, vertical load and interface friction on the bearing capacity are studied in detail. Particular emphasis is given on the physical and geometrical interpretation of the kinematic mechanisms that accompany failure, with respect to the loading ratio M/Q. Exploiting the numerical results, analytical expressions are derived for the capacities under pure horizontal, moment and vertical loading, for certain conditions. For the case of fully bonded interface conditions, comparison is given with upper bound limit equilibrium solutions based on Brinch Hansen theory for the ultimate lateral soil reaction. A generalized closed-form expression for the failure envelope in M–Q–N space is then proposed and validated for all cases examined. It is shown that the incremental displacement vector of the caisson at failure follows an associated flow rule, with respect to the envelope, irrespective of: (a) the caisson geometry, and (b) the interface conditions. A simplified geometrical explanation and physical interpretation of the associativity in M-Q load space is also provided. Finally, the derived failure envelope is validated against low (0.67 Hz) and high frequency (5 Hz) dynamic loading tests and the role of radiation damping on the response of the caisson at near failure conditions is unraveled.     

相对密实度对随机波与定次数波作用下土体变形关系的影响

通过砂土的一系列动三轴实验,研究不规则地震荷载作用下与定次数等幅荷载作用下土体变形间的关系,给出砂土相对密实度对二者间关系的影响规律。结果表明:真实地震荷载下土的变形发展与等幅正弦荷载明显不同,应变发展时程的形态主要受地震动的形态控制;应变比C与砂土相对密度间关系具有规律性,随相对密度增大而降低,若采用以20周作为标准作用次数、0.65倍地震波峰值为等幅荷载代替不规则的地震荷载,修正真实地震应力下的残余变形,其应变比C随砂土密实度的增大而减小。同时,冲击型荷载的应变比C`要远大于振动型荷载。     

不同频率循环荷载作用下岩石阻尼比试验与变形破坏机制细观分析

通过对取自海南昌江核电厂一期工程主厂区的黑云母花岗岩,在RMT－150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机进行单轴不同频率的循环加卸载试验,研究花岗岩动应变-应力滞回曲线、动弹性模量和阻尼比同循环频率之间的规律,然后对破坏断裂断口进行细观电镜扫描试验,分析了不同频率下花岗岩断口细观形貌与结构特征。结果表明,花岗岩在循环荷载作用下的加卸应力-应变曲线并不重合,而是形成一个封闭的滞回环;当循环频率在0.01～1.0 Hz范围内变化时,随着频率增大,花岗岩滞回环面积、动弹模和阻尼比都增大;通过细观数字图像试验分析发现,循环荷载作用下,随着频率的增大,岩石断口细观裂纹总的数目、面积、分形维数均变大。文中给出不同频率循环荷载作用下岩石破裂的细观损伤力学机制,研究成果对海南昌江核电厂的地震反应分析和场地安全性评价有着重要参考价值。     

红黏土地基承载力和变形参数的空间分布特征分析

为了获得红黏土地基承载力和变形参数在横向和垂向上的定量数据及分析它们的变化规律,选取厦门至成都高速公路湖南省郴州段典型横纵断面上的红黏土地层作为试验点,采用平板载荷试验、旁压试验等技术手段进行了原位测试。试验结果表明：红黏土地基承载力和变形模量在横向较小的范围内呈现较大幅度的变化,在垂向上则呈现先增大再减小的变化趋势,与红黏土赋存厚度、地形地貌、含水率等相关;旁压试验所测得的承载力特征值和平板载荷试验测得的承载力特征值之间存在一定的差异性;旁压模量与变形模量可以通过结构性系数联系起来,所得的结构性系数与Menard根据大量黏土试验资料对比所得到的结论较为一致。     

循环荷载下双曲线模型修正土体一维固结解

假定土体的应力-应变关系满足双曲线模型、渗透系数的降低与压缩系数的减小成正比以及初始有效应力沿深度均匀分布,推导出任意荷载下单层地基的非线性一维固结方程。结合具体的定解条件采用分离变量法求出土体有效应力的通解,并进一步求出超静孔隙水压力、按沉降定义的平均固结度Us以及按孔隙水压力定义的平均固结度Up的通解。根据通解求出梯形低频循环荷载作用下的解,并找出循环荷载作用下土体固结性状的影响因素。基于循环荷载作用下的解,采用FORTRAN语言编制了计算程序,计算并分析考虑土体本构关系非线性时的固结性状,以及反映土体本构特征的参数E和n对固结性状的影响。计算结果表明：①Us稍大于Up;②距排水平面越近,附加有效应力受加载方式的影响越明显,距排水平面越远则相反;③E和n对Us的影响很小,可以忽略不计;④E和n对Up和附加有效应力的影响较大且不容忽略。     

爆炸荷载下土石坝动力响应特征的数值模拟

土石坝在爆炸荷载下的力学响应是一个非常复杂的力学问题,相关研究甚少。在LS-DYNA软件框架内,以两河口土石坝为研究对象,把坝体材料简化为混凝土、心墙、反滤层与堆石体等4种,用500 kg TNT在坝顶接触爆炸时的瞬态荷载作为荷载源,针对不同材料建立适合于爆炸高加载率特征的本构模型,用数值方法分析了土石坝在潜在爆炸荷载下的破坏与损伤演化规律。结果表明,在爆炸荷载作用下,由于土石坝材料组成的多样性,应力波传播规律异常复杂,土石坝的力学响应呈现出显著的分区特征。     

汶川8.0级地震的余震触发作用和对断层的应力加卸载作用

采用可变滑动震源模型,计算和研究了汶川M_S 8.0地震产生的应力变化及对后续6次强余震的应力触发作用,并定量分析了汶川地震对附近活动断裂带的库仑应力加卸载作用。结果显示:汶川地震产生的库仑破裂应力变化分布图案复杂性强,主要由发震断裂复杂的空间展布形态以及震源断层活动具有逆冲兼右旋走滑两种性质决定。汶川地震产生的库仑破裂应力变化对多数强余震存在一定的触发作用。汶川地震的发生对附近的断裂带有不同程度的影响,其中青川断裂中段和北段、岷江断裂南段和灌县-江油断裂南段,主要是以强烈的库仑破裂应力加载作用占主导地位,有利于强余震序列的孕育、加速以至于发生;东昆仑断裂带和鲜水河断裂带受到了轻微的应力加载作用;龙泉山断裂带、华莹山断裂带和西秦岭北缘断裂带主要受到了轻微的卸载作用。     

不同风化程度花岗岩动力特性实验研究

采用6种不同风化程度的花岗岩试样,在相同围压下进行了不同加载速率（1～105 MPa/s）的动三轴压缩实验。研究发现,不同风化程度花岗岩试件的抗压强度、弹性模量均随加载速率的增加而增加,泊松比随加载速率的增加而减小。抗压强度的增加幅度随风化程度的增加而增加,弹性模量的增加幅度基本保持不变     

粘结式锚杆在爆炸动载下轴向应力分布研究

通过物理模型试验,研究在爆炸动载作用下临近工作面支护锚杆的应力状态。根据相似条件和简化假设,采用集中装药进行工程掏槽爆破模拟,利用粘贴在锚杆上的应变片测得近区端锚和全锚锚杆的轴向应变波。测试结果表明,爆破引起锚杆振动时间约为6 ms,经过9 ms的缓降期锚杆变形趋于稳定值;动载期间端锚锚杆在杆体中部锚固段测得峰值应力比杆体尾部自由段的值大,但相差不大,动载过后尾部的残余应力较大;全锚锚杆在杆体尾部测得的峰值应力和残余应力都远大于杆体中部测得值。利用无限体内一点受法向集中力作用的位移势函数,推导锚固体及周围岩体的轴向应力分布,并计算一定预应力在锚固区产生的附加轴向应力,结合动应力的作用分析锚杆的受力状态