水沙调节后荆江典型河道横向调整过程的响应——Ⅱ.上、下荆江调整差异初探

三峡水库2003年6月蓄水运用后,下游河道水沙过程已发生大幅变化,对于岸滩抗冲性较弱的荆江河道来说,河道的横向调整过程势必受到影响。采用考虑岸滩崩塌的河势研究数值模型,针对三峡水利枢纽工程运行所引发的水沙变异过程,初步探讨了荆江典型河道横向调整及河势变化对水沙条件变化的响应。对于下荆江石首河段来说,来沙减少后,冲刷加剧,局部河岸坍塌及平面变形加剧,主要发生在受弯道水流顶冲的位置,但河势演变趋势及平面变形总体上基本一致,并未发生较大变化。对于上荆江沙市—新厂河段来说,来沙量减小后,河道平面变形幅度总体上减小,局部最大减幅可达50%左右。     

Effect of abutment modeling on the seismic response of bridge structures

Abutment behavior significantly influences the seismic response of certain bridge structures. Specifically in the case of short bridges with relatively stiff superstructures typical of highway overpasses, embankment mobilization and inelastic behavior of the soil material under high shear deformation levels dominate the response of the bridge and its column bents. This paper investigates the sensitivity of bridge seismic response with respect to three different abutment modeling approaches. The abutment modeling approaches are based on three increasing levels of complexity that attempt to capture the critical components and modes of abutment response without the need to generate continuum models of the embankment, approach, and abutment foundations. Six existing reinforced concrete bridge structures, typical of Ordinary Bridges in California, are selected for the analysis. Nonlinear models of the bridges are developed in OpenSees. Three abutment model types of increasing complexity are developed for each bridge, denoted as roller, simplified, and spring abutments. The roller model contains only single-point constraints. The spring model contains discrete representations of backfill, bearing pad, shear key, and back wall behavior. The simplified model is a compromise between the efficient roller model and the comprehensive spring model. Modal, pushover, and nonlinear dynamic time history analyses are conducted for the six bridges using the three abutment models for each bridge. Comparisons of the analysis results show major differences in mode shapes and periods, ultimate base shear strength, as well as peak displacements of the column top obtained due to dynamic excitation. The adequacy of the three abutment models used in the study to realistically represent all major resistance mechanisms and components of the abutments, including an accurate estimation of their mass, stiffness, and nonlinear hysteretic behavior, is evaluated. Recommendations for abutment modeling are made.     

路堤侧向变形性状及预测模型研究

结合大量实测资料和已有的研究成果,分析了路堤荷载作用下水平向应变随深度的变化规律,得出了侧向变形沿深度呈“弓”型分布的变化规律;提出了符合该变化规律的预测模型及参数求解方法,模型中a、b和c等3个待定参数能简单地求出。工程实践表明,该预测模型不仅反映了侧向变形随深度的变化规律,且有一定的精度,能反映出最大侧向变形发生的位置,应用效果良好。     

陡坡路堤土工格栅加筋机制与合理铺设参数研究

土工格栅加筋作用机理复杂,测试难度大,结合土工格栅加筋陡坡路堤工程,开展了现场变形监测,并针对土工格栅特点,用非线性有限元方法进行了数值计算。试验和计算分析表明：铺设土工格栅能有效地限制路堤沉降与坡脚水平位移,保证路堤的稳定性。数值计算结果与现场监测结果吻合较好,据此分析了土工格栅长度、弹性模量及铺设间距与路堤变形的关系,土工格栅弹性模量越大,加筋效果越好。有效而经济的土工格栅长度是6.5 m,铺设间距是0.6 m。     

桩板结构路基动力模型试验研究

桩板结构路基是高速铁路无碴轨道的一种新的路基结构形式,基于Bockingham π定理,采用量纲分析方法,确定了桩板结构路基模型的动力相似常数,通过室内大比例动态模型试验研究,分析了在循环加载的条件下浸水前、后桩板结构路基的动态力学特性。试验结果表明,路基动应力沿深度逐渐衰减,激振频率对动应力的影响不太明显;路基边坡浸水后,在相同加载频率下,动应力比浸水前略有增大;桩基加深了路基的动力影响范围,改善了路基土体部分的受力状态;桩底持力层受动力影响较大,是动力设计的关键环节之一。     

某土石坝心墙料和坝基料动模量阻尼特性的试验研究

土石坝震害将导致严重后果,目前国内外修筑于地震区的土石坝在抗震设计时都进行了动力分析。室内动力试验提供土石料可靠的动强度和动力参数是土石坝地震动力分析准确性的关键。水牛家心墙土石坝坝高100多米,大坝设防烈度9度,采用动三轴仪,对其坝基②层细砂砾料和心墙防渗土料进行大量的动力特性试验研究,分析两种土料的动模量阻尼特性,并简述其影响因素。分析试验结果有：使用一个试样完成三个不同的围压力?3c或固结比Kc,与《土工试验规程》推荐方法相比,大大减小了试验和分析工作量, 且有相当的规律性和准确程度;动模量阻尼比的主要影响因素是动应变幅、围压力、固结主应力比、孔隙比等。动应变水平影响动模量阻尼成倍增减,动模量随围压力?3c增减而增减,阻尼比D随?3c的升高而略有减小,动模量和阻尼比随固结比Kc增减而增减,Kc从1到2可使心墙土料的Edmax增加60％左右;土类不同,模量阻尼也不尽相同。水牛家心墙料的动模量较高,阻尼比较小,不易产生动力破坏。     

微气候能量分析法在岩土工程分析中的应用

随气候条件而变化的边界条件的确定是岩土工程中非饱和土数值分析的一个难题。介绍了农业学中的土与大气相互作用分析中的一些应用较为广泛的方法,并采用空气动力学法和微气候能量平衡法相结合的方法确定土-气界面的边界状态,分析了法国鲁昂试验路堤的路堤填土与大气在2005年1月的能量交换,以及在此期间填土内的温度、含水率和吸力的变化,并与实测结果进行了对比。结果表明,农业学中所采用的能量平衡以及能量计算方法可以有效地应用于岩土工程非饱和土的数值分析中,解决随气候而变化的边界条件的确定问题。     

桩承式加筋路堤的现场试验及数值分析

对一桩体面积置换率为8.7 %的低置换率桩承式加筋路堤进行了现场试验及三维有限元分析。现场主要进行了桩、土荷载分担,孔压、沉降及侧向水平变形等内容的观测。将观测数据与常规设计方法及三维有限元分析结果进行了对比研究,在此基础上对设计方法的适用性进行了分析。研究结果表明,路堤填土的土拱效应造成荷载向桩体转移,这种荷载转移大幅度减小了在软土层中产生的超孔隙水压力。当填土高度大于2.5 m时,土拱效应的应力折减系数可用Russell和Pierpoint或Hewlett和Randolph提出的土拱效应分析方法进行计算,其结果与三维有限元分析也较相符,但在路堤高度较小时,只有Russell和Pierpoint方法与实测结果相接近。路堤施工过程中,实测的水平变形与沉降之比仅为0.2左右,这表明采用桩承式加筋路堤不仅可减小沉降,而且可减小水平向的变形,提高路堤的稳定性。     

长江漫滩低路堤基底浅层固化层工作性状数值分析

低路堤可以节约不可再生的土地资源, 浅层固化处置是低路堤软基处理科学、经济的方法。采用现场孔隙水压力静力触探（CPTU）对长江河漫滩相典型非均质性天然沉积软土层进行原位试验。应用二维有限差分方法对平面应变条件路堤荷载作用下有无浅层固化层的软土地基固结排水与沉降进行了仿真模拟,并应用三维有限差分方法对路面车辆重载作用下有无浅层固化层的路基及基底变形进行了三维数值仿真。结果表明：地基浅层固化层的设置改变了地基应力场的分布,通过应力扩散作用减小地基土体的附加应力,进而减小了地基土体的沉降量。基底固化层通过增强路基基底的刚度来增强路基的整体刚度,减小路基的变形,提高路基整体稳定性。     

复合地基加固路堤的稳定性分析

通过对复合地基加固路堤稳定性的极限平衡法和有限单元法的计算结果进行对比分析,揭示出当路堤的稳定性由复合地基决定时,极限平衡法和有限单元法的计算结果存在较大差异。应用岩土有限元软件Plaxis中的强度折减法可得到合理的路堤稳定性分析结果。对复合地基中桩体破坏模式的分析认为,桩体发生非剪断破坏之外的弯曲、转动、拉伸等破坏模式是极限平衡法与有限单元法计算结果产生差异的根本原因。由此进一步指出,当处理存在土与结构物相互作用的边坡稳定问题时,极限平衡法的分析结果可能会高估了边坡的稳定性,应慎重判别其合理性。