水下盾构隧道渗流场应力场耦合效应研究

在高水压条件下施工水下盾构隧道,渗流场对于结构及围岩应力场有很大影响。结合重庆主排水过江盾构隧道的修建,针对不同水压情况下的盾构隧道,采用有限元法对围岩及结构的渗流场和应力场进行耦合分析,获得施工期管片应力、位移及孔隙水压力分布。重点研究了管片的水压力分布规律,并与现场试验进行相互验证。结果表明：耦合效应下隧道管片需要承担更大的拉力,在设计中应按更不利工况进行配筋。所得结论为类似工程的设计施工提供有了益参考及依据。     

天山两侧山前新生代构造变形特征及其成因刍议

摘要：天山两侧山前新生代构造变形强烈,是研究盆山耦合动力学机制的理想场所。文中在综合分析前人资料基础上,结合作者的野外观测和分析,综述了天山两侧盆山转换部位不同段的新生代构造变形特征,并进行对比分析。结果显示,新生代构造变形在天山南北山前相似性和差异性共存:变形由山体向盆地扩展,时间逐渐变新;但是南侧比北侧变形起始时间早,地壳缩短量和缩短率大。在东西方向上新生代构造变形也存在明显的分段相似性特征,整体上显示出斜方对称的变形图像:东天山博格达山前为基底式逆冲推覆,南侧为走滑变形;中天山南北两侧为多排子的褶皱 逆冲推覆构造,西天山南侧也为基底式的逆冲推覆,北侧为走滑变形。综合前人研究,认为印度和亚洲大陆的碰撞及其随后陆陆汇聚作用的远程效应,是形成天山两侧山前新生代构造变形在南北方向上相似性和差异性的主要原因;而天山山体内部先存的相对刚性地块和大型断裂,则导致了新生代构造变形的东西向分段差异性和斜方对称的特征。     

基坑开挖中渗流-应力耦合模拟

根据基坑工程施工实际情况,基于地下水渗流的基本规律以及岩土体受力的本构模型,建立了在应力场和渗流场耦合作用下基坑受力的力学模型,通过有限元方法模拟了基坑开挖过程中周围应力场及渗流场的变化规律。计算结果表明：在设置挡土墙并及时排水情况下,随着开挖的进行,基坑周围的土体变形增大,挡土墙前的土体发生沉降,墙体最终发生变形,基坑底部土体向上隆起,在基坑角落处水头梯度较大,发生应力集中,容易导致工程事故,必须谨慎处理。另外,基坑在降水时内外水头差过大将会引起墙体承受过大压力,基坑周围沉降会更大,这样不利于墙体和周围建筑安全。     

考虑饱和-非饱和渗流、温度和应力耦合的三维有限元程序研制

在探索多场耦合理论基础上,研制出了一个考虑饱和-非饱和渗流场和温度场对应力场作用的三维弹塑性有限元程序,该程序采用了以下简化假设：不考虑力学过程和渗流过程对温度场产生的影响,而只考虑变温对力学过程产生的影响;不考虑力学过程和温度场对渗流场产生的影响,而只考虑渗流场对力学过程产生的影响。经与弹性力学解析解对比,验证了该程序计算结果是合理的。     

用似水灰比对水泥土无侧限抗压强度的预测

对以连云港地区的海相软土为原料的水泥土进行了一系列物理、强度试验,分析了含水量、水泥用量和龄期对水泥土强度的影响,提出了似水灰比的概念用于水泥土强度的预测。采用提出的水泥土强度预测公式,根据某一似水灰比、龄期28 d某种的水泥土室内试验强度,可以预测不同含水量、不同水泥用量和不同龄期的水泥土室内试验强度。通过比较分析发现,得出水泥土强度预测公式可以很好地应用于其他研究者已经发表的水泥土试验数据,进一步验证了所提出的强度预测公式的有效性。     

初始主应力方向对钙质砂动力特性影响的试验研究

利用大连理工大学的土工静力-动力液压三轴-扭转动多能剪切仪对相对密度为30 %的钙质砂进行了扭转和竖向循环耦合试验,探讨了初始主应力方向角 对钙质砂动强度和残余应变发展的影响。试验结果表明： 对钙质砂的动强度、残余应变发展的影响非常明显,随着 的增大,钙质砂的动强度显著减小,而残余应变的发展速度则明显加快。     

可液化土中地铁结构的地震响应

在饱和土耦合作用与土和结构相互作用理论基础上,以地铁车站为例,用有限元法研究地下结构在地震液化作用下的响应。所采用的软件为动力两相体非线性有限元软件Dyna-Swandyne-II,该软件可以应用先进的Pastor-Zienkiewicz III广义塑性模型模拟可液化土的动力特性,应用u-p形式的Biot方程,在有限元分析中充分考虑孔隙水与土之间的耦合,同时考虑地下结构与饱和土在动力作用下的非线性相互作用。分析了地铁车站的动力响应,包括地铁内力、加速度以及地铁位移。研究结果表明,地铁结构在地震液化作用下会产生较大的上浮,从而对结构造成比较严重的破坏;地铁结构在地震作用下的最大内力位于结构的交接处。因此,结构交接处的配筋应该格外小心。     

6节点无界元及其应用

推导了6节点无界元的相关公式,并采用VC++和Matlab混合编程的手段,设计了基于Windows操作平台的面向对象的有限元与无界元耦合分析软件。应用该软件,成功的对某大型水电站地下硐室群的稳定性进行了有限元分析和有限元与无界元耦合分析,验证了公式的正确性。分析表明,在无限域和半无限域的岩土工程问题中引入无界元可以达到消除“边界效应”和提高计算效率的目的。     

降雨入渗条件下非饱和土边坡稳定分析

针对降雨入渗土坡的稳定问题,建立一个考虑水力渗透系数特征曲线、土-水特征曲线以及修正的Mohr-Coulomb破坏准则的非饱和土流固耦合有限元计算模型,进行雨水入渗下非饱和土边坡渗流场和应力场耦合的数值模拟,得到非饱和土边坡变形与应力的若干重要规律。研究成果为降雨入渗条件下非饱和土边坡的稳定分析提供了基础。     

大民屯凹陷超压发育机制及其成藏意义

沉积盆地超压具多样性,超压演化具系统性,超压的发育受多种因素控制。大民屯凹陷构造沉降史、沉积埋藏史、热史及生烃史等多种因素与剩余压力演化史有着良好的耦合匹配关系。压实不均衡和生烃作用分别是本区超压发育、演化不同阶段的主控因素。超压提供了油气运移的动力和通道,提高了高分子量组分,特别是“蜡”的排出效率是泥岩穿刺构造的诱发因素,亦可作为下伏油气藏的优质盖层,为本区油气富集成藏的有利保障。