江坪河预应力闸墩静动力有限元分析研究

运用三维有限元数值模拟方法对江坪河水电站泄洪坝段闸墩、混凝土锚块及预应力锚索在内的整体模型进行空间应力和变形分析,得到了2种典型工况下的整体位移和应力分布规律。在动力计算中分别采用了振型分解反应谱法和时程动力分析法。时程动力分析时,按规范要求分别输入了El Centro波、Taft波和由规范反应谱合成的人工地震波3种波形。然后对计算结果进行对比分析与总结,研究结果表明,预应力闸墩具有整体稳定性,在各种荷载的组合效应下整个墩体的变形和应力分布满足要求。得出了对设计有指导意义的数值成果,可供施工图设计参考。     

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。     

旁孔透射波法检测既有建筑物桩基的三维有限元分析

介绍了旁孔透射波法的原理和测试步骤,对这种无损检测方法在既有建筑物桩基础检测中的应用进行了三维有限元分析。建立了三维桩-土模型并计算动力响应,分别给出了饱和土、非饱和土地基中完整桩和缺陷桩的旁孔透射波信号,并分析了P波时间-深度特征与桩身的相关性。研究表明,旁孔透射波法具有简单易行、无损等优点,可以有效地检测既有建筑物的基础。     

浅埋暗挖洞桩法参数敏感性分析

针对浅埋暗挖洞桩法理论分析落后于工程实践的实际情况,依据地下结构设计计算理论的地层--结构法,以有限单元法作为分析手段,建立三维计算模型,系统开展了浅埋暗挖洞桩法施工过程的数值模拟,以及参数变化对洞周围岩稳定性和位移场的影响分析。结果表明：浅埋暗挖洞桩法用于大断面洞室或超浅埋洞室暗挖施工时,洞周围岩稳定性良好,并可有效控制地表沉降。洞室跨度为14 m左右时控制地表沉降的效果最好;在不同埋深条件下控制地表沉降的效果基本相同;洞室高度的影响则不明显。研究的结论对今后浅埋大断面单跨洞室暗挖施工方案比选和采用浅埋暗挖洞桩法施工具有指导 作用。     

基于有限元的弯矩计算中若干问题探讨

在岩土工程的数值计算中,除了将岩土材料本身划分为实体单元外,设置在岩土体中,与岩土材料相互作用的其他材料也常常划分为实体单元,比如桩基、堤坝防渗墙和面板等。由于对桩基、防渗墙等往往需要利用内力和弯矩进行设计,这就提出了如何利用有限元得到的应力和位移信息计算结构弯矩的问题。通过对一悬臂梁的计算分析就这一问题进行探讨,发现用应力计算弯矩为提高精度需要划分较多单元。用位移计算可以减少单元划分的工作量,但计算易出现振荡,结果不可靠。同时,对剪切闭锁现象等进行了探讨。     

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。     

水泥土桩与土工格栅联合加固沟谷软基机理研究

针对山区沟谷软基的特殊土质,并结合夯实水泥土桩和土工格栅在地基加固中的作用特点,提出用夯实水泥土桩与土工格栅联合加固的方案来处理沟谷软基,并利用平面应变弹塑性有限元数值分析方法,对这种地基的受力性状、作用机理进行了多方面研究。结果显示：土工格栅在其中起到类似抗拉膜的作用,以控制地基的不均匀沉降,可以减小路堤坡脚附近的侧向位移,增加地基的极限承载能力。桩间土对夯实水泥土桩有负摩擦力作用,使得桩身的最大平均有效应力位置处在桩体的中下部。格栅对路基沉降量的影响则较小。     

糯扎渡水利枢纽左岸山体三维渗流有限元分析

通常的渗流计算中排水的模拟方法很多,诸如排水子结构法、增加渗透阻抗等。但大型地下厂房与洞室的排水非常复杂,若对每个排水孔都进行模拟就非常繁杂。利用简化方法,采用给定水头和给定流量相结合的方法可以较为方便地解决复杂排水模拟的问题。对糯扎渡地下厂房和洞室群的复杂排水和对左岸包括地下厂房与硐室进行渗流计算分析,通过多个计算方案的比较,对给定流量和给定水头模拟排水效果进行合理假定,使模拟结果得到的排水区流量和水头趋于一致,由此得到合理可靠的排水模拟效果。对模拟得到的糯扎渡左岸山体渗流场进行了分析。计算结果有助于优化工程渗控方案,同时为计算变形稳定提供合理可靠的水荷载。     

边坡稳定及加固分析的有限元强度折减法

将强度折减理论应用于土质边坡稳定及加固的弹塑性有限元分析中,提出了以某一幅值的总等效塑性应变区,从坡脚到坡顶贯通时为边坡破坏的标准,不但物理意义很明确,而且可以根据边坡临界破坏时的等效塑性应变区确定滑动面位置,并认为此前的折减系数即为边坡的安全系数。对某供水改造工程中边坡的稳定性分析及加固计算表明：该破坏判别标准是适宜的,能够在工程实际中加以运用。     

岩石巴西圆盘试验中的空间拉应力分布

指出目前人们使用了40多年的岩石巴西圆盘试验拉伸强度公式来自二维弹性力学解答,该公式不适用于实际情况所对应的三维弹性力学问题。为了得到三维条件下试样内部的应力分布规律,采用三维有限元分析软件Marc对试样进行了弹性受力分析,结果表明,试样横截面上的拉应力分布规律与二维条件下的情况相类似,但横截面上的应力值沿试样厚度方向是有变化的,越靠近两端面,水平拉应力越大。分析发现,对于高径比为1、泊松比为0.25的巴西圆盘试样,按二维公式计算的抗拉强度比真实值小23.3 %