土动力非线性分析中的变参数Ramberg-Osgood本构模型

土工动力非线性分析中的等价线性化法通常采用由土样动态试验得到的动剪切模量G_s及等效粘性阻尼比ζ_(eq)与剪应变γ之间的关系曲线,而以定常参数的Ramberg-Osgood或Hardin-Drnevich模型为骨架曲线、以Masing加卸载准则为基础的真非线性分析法并不能同时拟合各种应变水平下G,-γ与ζ_(eq)-γ两方面的经验规律。为获取一个与实验结果相一致的动态本构方程,本文将Ramberg-Osgood模型及相应的Masing准则进行改造,即把原模型中的定常参数取为剪应变水平的函数,并由常规给出的G,-γ与ζ_(eq)-γ关系直接推求这些变参数的变化规律。通过对Seed-Idriss统计平均曲线与Hardin-Drnevich等效线性模型的具体计算表明所建议的方案简单可行,符合实际。     

复合加载条件下吸力式沉箱基础承载特性数值分析

吸力式沉箱基础的承载特性是海洋工程结构设施建造与设计中的一个关键问题。这种新型的深水海洋基础型式,通常承受竖向上拔荷载与水平荷载的共同作用,其工作性能与设计理论远远不能满足工程实践的需要。本文采用有限元分析方法对吸力式沉箱基础的极限承载特性进行数值计算。以大型通用有限元分析软件ABAQUS为平台,通过二次开发,数值实现了Swipe试验加载方法和固定位移比分析方法,针对不同的沉箱长径比、土的强度折减系数,探讨了沉箱基础在垂直上拔荷载和水平荷载单调联合作用下的极限承载力,通过对不同荷载组合的数值计算构造了复合加载条件下沉箱基础破坏包络面。     

浅基础地基荷载-变形特性的分析研究

在土体主应力方向的旋转过程中,主应力方向与塑性主应变增量方向之间存在着非共轴现象,非共轴现象对应力-应变关系具有显著的影响。通过有限元二次开发,将角点结构非共轴理论应用到有限元程序ABAQUS中;对密砂单剪试验进行数值模拟,研究了非共轴现象及其对应力-应变关系的影响;采用离心模型试验方法,对圆形浅基础作用下饱和密砂地基荷载-变形特性进行试验研究;对离心模型试验进行数值模拟,将试验结果与数值计算结果进行对比,对非共轴模型的计算结果的合理性进行验证。研究结果表明:非共轴现象对浅基础地基荷载-变形特性具有显著的影响;当选取合理的非共轴塑性模量时,非共轴模型的计算结果与离心模型试验结果比较接近。     

土石坝拟静力抗震稳定分析的强度折减有限元法

基于拟静力抗震设计概念,提出利用强度折减有限单元法分析土石坝的抗震稳定性,给出了两种确定地震惯性力的方法：（1）依据《水工建筑物抗震设计规范》[1],并结合有关土石坝动态分布系数计算了沿坝高分布的地震惯性力;（2）直接利用土石坝有限元地震动力反应分析得到的单元节点加速度反应,依据建议的方法确定坝体各单元节点的地震惯性力。将上述计算确定的地震惯性力与其他形式的外荷载共同作用到土石坝上,采用强度折减有限元法确定土石坝坝体的拟静力抗震安全系数。对于稳定渗流期,水位降落期等不同工况,或需要考虑振动孔隙水压力作用的饱和无黏性土填筑坝等不同计算条件,给出了使用折减强度有限元法分析坝体抗震稳定性的实现途径和方法。研究表明,有限元法对边界条件、复杂断面条件和材料分区及荷载组合均具有较强的适应能力,因此,使用有限元法分析土石坝抗震稳定性具有显著的优越性。     

砂土液化变形的有限元-无网格耦合方法

通过构造Biot固结理论u-p方程的无网格伽辽金-有限元耦合方法,对砂土液化变形问题进行了数值模拟。对于饱和砂土,采用Oka等提出的弹塑性本构模型,同时采用更新的Lagrange计算格式推导了控制方程。耦合方法能够发挥有限元和无网格各自的优点,既避免了由于单元变形扭曲而引起的计算中断,也可节约计算时间,算例验证了该方法在地震液化问题中的有效性。     

堆载条件下单桩负摩阻力模型试验研究

通过对粉土中混凝土单桩竖向静载荷的模型试验,分析了在桩周土堆载条件下,端承桩、摩擦端承桩在桩周土含水率变化时,桩侧摩阻力、桩端阻力的变化规律及不同土层的沉降、“中性点”位置和下拽力的变化。研究发现,摩擦端承桩“中性点”位置随桩周土含水率、堆载等级的变化而变化,在最优含水率附近,土层的下陷量较大,致桩体沉降量也大,故“中性点”的位置会有所上升;随着桩周土堆载的增大,桩周土对桩侧的下拽力也增大,桩体进一步下陷,使桩土相对位移反而减少,“中性点”有所上升。     

膨润土加砂混合物膨胀特性研究

通过有荷膨胀试验,对膨润土加砂混合物的膨胀特性进行了研究,分析了膨胀应变与轴向应力、膨胀应变与吸水量以及轴向应力与吸水量之间的关系,并建立了能综合反映轴向应力和吸水量对膨胀应变影响的混合物膨胀本构关系式。试验研究表明,膨胀应变随着轴向应力的增大而减小,两者之间的关系可以采用对数线性关系来表达;吸水量的变化对膨胀应变有明显的影响,膨胀应变随吸水量的增加而线性的增大;而吸水量受到轴向应力的影响,随着轴向应力的增大,吸水量减少,在轴向应力一定时,吸水量会达到一个最终的饱和值。由于考虑了膨胀变形过程中吸水量的变化,所建立的膨胀本构关系式能较好地反映膨润土加砂混合物的膨胀特性。     

岩体锚固效应及锚杆的解析本构模型研究

利用Mohr-Coulomb、Hoek-Brown以及Duncan-Chang理论分别分析了块状和碎块状岩体锚固后的物理效应,通过分析认为,岩体锚固后可以有效地提高岩体的凝聚力和软弱结构面的抗剪强度,增强岩体的弹性模量,改善岩体的力学性质。通过对拉拔试验测试结果分析,在一定的假设条件下,推导了锚杆与注浆体或岩体耦合情况下的解析本构方程,并对其进行了参数分析,认为提高拉拔力、增大锚杆直径和锚固段长度可以有效地改善其锚固效果,并提出了锚固临界值的概念。在前人工作的基础上,利用提出的耦合解析本构模型建立了非耦合状态下锚杆的解析本构模型,通过计算认为,该解析模型是合理的。     

中主应力对饱和松砂不排水单调剪切特性的影响

利用土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪,针对相对密度为30 %的福建标准砂,在不排水条件下控制主应力方向、中主应力系数、平均主应力保持不变,进行了单调剪切试验。以此着重探讨了中主应力系数对相变有效内摩擦角、峰值有效内摩擦角及有效应力路径的影响。研究表明,中主应力系数对在不排水单调剪切条件下饱和松砂的强度参数具有显著的影响,而对有效应力路径及应力-应变关系发展模式影响较小。基于广义双剪强度准则,从理论上探讨了土的强度参数对于中主应力的依赖性,并与试验结果进行了对比。