工程荷载诱发填方边坡变形破坏机制试验研究

填方路堤在堆填碾压夯实后自然状态下具有较好的稳定性,但在先期施工与后期公路运营期间,受工程荷载、动荷载等多因素作用将会出现大量变形破坏现象。针对这一问题,本文以某填方路堤边坡为例,运用室内物理模拟技术探讨研究工程荷载诱发填方边坡变形破坏机制。研究结果表明:填方体在上部不断施加堆载后,坡体内部应力条件改变,产生不均匀沉降现象。填方体边坡变形破坏主要受控于填方体在加载过程中坡顶堆载处拉应力的集中与坡体内剪应力的集中程度,潜在滑动面沿张拉裂缝延伸方向扩展,同时在堆载体下部逐步过渡为压剪塑形带,两者逐步贯通并向下部扩展延伸,最终产生边坡整体变形破坏。其变形演化机制为:堆载作用下坡体内部应力重分布→堆载区边缘张拉裂缝形成并扩展、堆载体下部产生压剪塑形带→张拉裂缝、压剪塑形带贯通形成滑动面→推力作用下整体滑动,此变形为典型的蠕滑-拉裂式滑坡。此研究可以为相似工程提供借鉴。     

基于整体最小二乘的稳健点云数据平面拟合

针对点云数据平面拟合方法没有完整考虑测量数据中的误差及系数阵中误差的情况,提出稳健整体最小二乘点云数据平面拟合方法。该法以整体最小二乘法为基础,在考虑全部观测量存在误差的情况下,通过一定的准则删除数据中的粗差或异常值,从而获得稳健的平面参数估值。实验中,分别利用最小二乘法、特征值法和稳健整体最小二乘拟合法对仿真点云数据和真实点云数据进行平面拟合,结果显示该法能克服异常值的影响,得到可靠的平面参数估值,具有稳健性。     

点支撑缺陷下海底埋管热屈曲分析

由于生产工艺的要求,开采的原油经常需要在一定的温度和压力下才能顺利输送,而输油过程中的高温和高压会导致海底管线中产生较大的附加应力。管线受到地基土的约束作用后无法自由变形,附加应力的不断累积,造成管线发生整体屈曲变形,埋地的海底管线通常会产生竖直向的整体屈曲变形而影响使用甚至破坏。基于点支撑初始缺陷形式的海底管线,给出了管线竖直向整体屈曲分析的解析解,结合实际工程中铺设的高温高压输油管线进行了整体屈曲分析,揭示了不同温度条件下埋地管线发生竖直向整体屈曲的规律性,提出挖沟掩埋可以有效地防止管线发生温度应力下的整体屈曲     

基于Hewlett理论的支护桩桩间距计算方法研究

基坑支护桩桩间距设计通常基于经验取值,并不考虑土拱的作用和桩间土的稳定性。基于Hewlett理论分析了基坑支护桩桩间土拱效应,并开展了对桩间土整体稳定性的研究,分别得出了满足两种稳定条件的桩身荷载分担比公式和桩间距公式。通过对设置在四种土质中的支护桩桩间土拱的计算分析发现：对于强度指标较高的黏土、粉土,桩宽比为0.5时,荷载分担比即达到100%,而对于强度指标较低的淤泥质黏土,桩宽比为0.8时,荷载分担比方达到100%;桩间土整体稳定性对于桩间距的要求较为宽松。对于常规桩径的支护桩,桩间距的设计应按土拱稳定为控制准则,但对于设置在内摩擦角较大而黏聚力较小土层中的大直径桩,应按桩间土整体稳定为控制准则     

隧道含水构造电阻率法超前探测正演模拟与应用

针对直流电阻率法超前探测研究中理论研究落后于工程实践的现状和探查效果较差的问题,对隧道直流电阻率法超前探测进行了系统的正演研究。首先,利用有限单元法数值手段对含水断层等多种典型含水构造的超前探测进行了正演,得到了典型含水构造超前探测的异常响应特征,提出了干扰识别与去除这一关键技术,形成了掌子面前方有用信息提取的有效途径,为隧道含水构造的超前探测奠定了理论基础。其次,研制了隧道含水构造超前探测物理模型试验装置和相似材料并开展了物理模型试验,在实验室尺度下对直流电阻率法超前探测这一新型测量方式进行了有益的探索,验证了该方法用于含水构造探测的有效性。最后,结合实际工程进行了超前地质预报实践,实现了对含水构造的定性判断。应用效果表明,直流电阻率法超前探测研究为现场应用提供了指导和参考,并为含水构造的三维反演成像与定位奠定了基础。     

边坡物理模型倾斜加载方式的研究

模型试验是研究边坡失稳机制的重要技术手段,通过倾斜模型获得滑坡的变形破坏过程也是常用的试验方法。作为一种试验加载方法,倾斜加载方式的可控性、倾斜过程中应力场的相似性都是影响该方法应用的关键性问题。为了研究试验方法的可控性,以块状滑体为例,分析计算了模型倾斜和离心加载两种试验方法对滑块抗滑安全系数的影响过程,结果表明,倾斜加载方法可以随着倾斜角度的增加连续地降低滑块的抗滑安全系数,而离心加载方式仅在1g～10g范围内对滑块的抗滑安全系数产生显著影响。为了比较模型倾斜前后模型内部应力场的相似性,建立了物理模型的数值计算模型,模拟不同倾斜角条件下坡体内的应力场。计算结果表明,模型倾斜过程中,坡体中部应力状态保持稳定,倾斜角较大时,坡体的前缘滑带位置应力状态变化较大,前缘进入塑性变形的可能性增大,局部应力场变化有利于模拟水库型滑坡的破坏机制。为了验证倾斜模型模拟滑坡破坏过程的应用效果,以千将坪滑坡为原型,采用倾斜加载方式进行破坏模型试验,获得了滑坡的破坏过程。与非连续变形分析方法(DDA)模拟的结果相比,模型试验得到的破坏形态更接近实际滑坡。     

隧道含水构造频域激发极化法超前探测研究

隧道前方含水构造的超前预报是地下工程领域中亟待解决的难题。基于频域激发极化法中频散率参数对水体响应敏感的特点,将其引入到隧道含水体超前探测研究工作中。从理论正演、物理模拟、解译方法等方面入手对频域激发极化超前预报技术进行了系统的研究。利用三维有限元数值模拟技术解决了隧道中频域激发极化超前探测的数值正演难题,并通过对典型含水体的正演研究得到了视频散率对含水构造的响应规律,发现视频散率曲线的极大值是表征掌子面前方含水构造存在的重要特征;基于大量数值正演的结论,提出了一种利用两次探测的视频散率曲线极大值联合判断含水构造位置的方法;物理模型试验和现场实际应用表明,频域激发极化法预报的含水体位置与实际情况基本一致,验证了该方法用于隧道含水构造超前探测的有效性,为解决隧道含水构造超前探测这一难题提供了可行的途径。     

基于MVFOSM有限元可靠度方法的结构整体概率抗震能力分析

结构整体概率抗震能力分析既属于结构体系抗力统计分析研究内容,也属于地震易损性分析研究范畴,多采用数值模拟方法.作为一种不确定性传递的近似解析分析工具,平均值一次二阶矩方法(MVFOSM)广泛地应用于结构构件抗力的统计分析,但是很难应用于结构整体抗力的统计分析,主要困难在于结构反应是基本随机变量的隐式函数,梯度信息很难得到.将结构体系抗力的统计分析和地震易损性分析结合起来,通过基于MVFOSM的有限元可靠度方法,以新一代的地震工程模拟仿真软件OpenSees为计算平台,以最大层间位移角作为结构整体抗震能力参数,对钢筋混凝土框架结构的整体概率抗震能力进行分析,并用Monte Carlo模拟法结果进行验证,从而建立了钢筋混凝土框架结构的整体概率抗震能力模型.算例分析表明,MVFOSM有限元可靠度方法的精度和效率都很高,只需要进行一次有限元分析即可较为准确地获得结构整体概率抗震能力的前二阶矩信息.     

基于Zhou-Nowak数值积分法的结构整体概率抗震能力分析

结构整体概率抗震能力分析是新一代基于性能的地震工程中的一个重要模块,以往的研究主要采用平均值一次二阶矩法或Monte Carlo模拟法,分析了这2种方法存在的问题。为了有效地考虑结构系统随机性对结构整体抗震能力的影响,将Zhou-Nowak数值积分法与结构非线性静力推覆分析相结合,提出了基于Zhou-Nowak数值积分法的结构整体概率抗震能力分析方法,以新一代地震工程模拟仿真软件OpenSees为计算平台,以最大层间位移角作为结构整体抗震能力参数,对钢筋混凝土框架结构的整体概率抗震能力进行分析,并用Monte Carlo模拟法结果进行验证,从而建立了钢筋混凝土框架结构相应于不同性能水准的整体概率抗震能力模型。算例分析表明,所提方法是一种具有较高效率和较好精度的结构整体概率抗震能力分析方法。