扩孔微型桩-土动力相互作用p-y曲线试验研究

针对扩孔微型桩在地震作用下的桩-土动力相互作用及耗能能力的研究,对微型桩在有无扩孔、不同扩孔深度、扩孔孔径、扩孔材料等4种参数下进行振动台试验研究,计算得到了不同扩孔参数下的p-y滞回曲线,通过计算其滞回曲线面积和输入波能量分析了扩孔微型桩-土动力相互作用及其耗能能力。研究表明:在埋深(2.5~15.0)D(D为桩径)范围内,扩孔微型桩-土动力相互作用耗能能力优于埋深15.0D以下,而扩孔后在2.5D处桩身材料侧向刚度有所减小;不同的扩孔材料对扩孔微型桩-土动力相互作用耗能能力影响较大,扩孔材料为橡胶的耗能能力大于扩孔材料为砂土的;当扩孔材料为橡胶时,扩孔孔径为3.0D,扩孔深度为10.0D,扩孔微型桩-土动力相互作用耗散能量最大,占输入波能量4.17%。     

隧-坡相互作用与围岩支护优化分析

针对傍山浅埋隧道开挖过程中隧-坡相互作用机理认识不清晰的问题,提出基于有限元荷载释放原理的隧道-边坡相互作用过程分析方法。该方法通过在计算单元上施加与此处原岩应力大小相等、方向相反的反向应力来实现荷载的逐步释放,从而获得隧道围岩和上覆边坡力学行为的演化过程,避免了常规数值模拟中一次性开挖计算掩盖的岩体力学行为逐步演化过程的不足。通过对我国西南某典型傍山隧道的隧-坡相互作用分析,表明该方法可以为隧道围岩的支护时机、关键部位围岩支护、上覆边坡安全监测等设计优化提供理论支持,对同类工程设计具有借鉴意义。     

桩-土动力相互作用接触面研究综述

桩-土动力相互作用的问题是岩土工程、地震工程和结构工程的重要研究内容,其复杂性源于土动力性能和桩-土接触面的动力接触行为的复杂性,因而接触面的研究是桩-土动力相互作用的主要课题之一。回顾了接触面的研究历程和现状,介绍了接触面的变形机理和接触面数值计算方法,阐述了桩-土接触面分离和滑移的判断方法,并对今后的研究提出了几点看法。     

几何独立的高阶面元法在波-流-物相互作用问题mj项求解中的应用

mj项的计算是波-流-物相互作用问题的数值解的难点之一.该文给出了使用几何独立的高阶面元法求解mj项的方法,物面用任意的分片连续函数表示,定常兴波势用任意阶的B样条函数近似,直接对定常兴波势微分以得到mj项中定常兴波势的二阶导数.数值实例显示这一方法的计算结果非常准确.     

基于CFD的船-舵水动力干扰数值研究

该文采用基于RANS方程求解的CFD方法,对匀速直航的船-舵系统的黏性绕流场进行数值模拟,计算了不同船速和不同舵角下的船-舵水动力干扰系数,计算中忽略了自由面兴波及螺旋桨的影响。文中以KVLCC1船、舵模型为研究对象,首先将数值计算的船舶水动力及船-舵水动力干扰系数结果与模型试验数据进行比较,验证了所采用数值方法的有效性;随后,对船-舵系统、裸船体和敞水舵分别进行计算,通过水动力计算结果的比较以及流场分析,对船-舵水动力相互作用进行了数值研究。     

考虑坝-水-地基共同作用影响的挡水坝动力分析

建立了大坝-库水-地基的动力相互作用模型,并基于三维动力有限单元法对某挡水坝进行了抗震分析.计算得到了坝体的动水压力和坝体的自振特性,并依据<水工建筑物抗震设计规范>所规定的振型分解反应谱法进行了大坝的动力分析,评价了大坝的抗震安全性能,指出了坝体的抗震薄弱部位.     

考虑太阳辐射的寒区衬砌渠道水-热-力耦合冻胀模型与应用

寒区渠道走向导致的太阳光遮蔽产生了阴阳坡效应,引起了渠道水、热、变形的非对称分布.为探明其对渠道冻胀破坏的影响规律,本文提出了渠道阴影计算方法,采用HOTTEL晴空辐射模型,基于辐射度算法建立了考虑太阳辐射时空变化的渠道热辐射边界方程,并结合冻土水-热-力耦合理论构建了"环境-冻土-工程"相互作用的耦合冻胀模型.基于寒...     

热-力作用下水工隧洞围岩-支护结构耦合力学特性及相互作用机制

在高海拔寒区,围岩与支护结构的相互作用过程是影响水工隧洞结构稳定的重要因素。为了研究热-力作用下水工隧洞围岩-支护结构相互作用的时空演化规律,以新疆某寒区水工隧洞为依托,基于现场监测资料,采用有限元仿真模拟,计算温度效应下围岩-衬砌相互作用的弹塑性解析解,分析热力作用下隧洞耦合结构温度场和应力场的时空分布特征。结果表明：洞内低温对耦合结构的温度场和应力场影响较大,应实施防寒保温措施,保证在极端天气下,结构沿径向2.7 m内温度不低于0 ℃;通风前期,温度应力对耦合结构的应力变化起主导作用,21 d后还要考虑衬砌支反力、围岩被动支反力以及围岩外边界约束的共同耦合作用;对流前48 d结构内侧受拉,结构洞腰内侧出现最大拉应力155 kPa,48 d后结构压应力激增,并且48~60 d内耦合应力增长速率最快。随着温度的降低,-1.95 ℃为洞顶和洞底的拉应力激增点,洞腰前期拉应力急剧增大,于-3.5 ℃开始缓慢减小。本次研究揭示了热-力作用下围岩支护结构相互作用的动态全过程,可为寒区隧洞安全施工提供依据。     

伴有基础和蓄水动态作用的混凝土重力坝的二维地震响应

根据一系列FE-BE计算和FE计算结果，定量评价坝-基础-蓄水系统的动态相互作用效果。以此为基础，通过实际的大坝地震响应计算，对其准确性进行验证。结果表明，引入动态相互作用效果的简单FE计算和严密的FE-BE计算，与地震观测记录非常一致。可以确认用常规FE法可在较短时间内进行坝-基础-蓄水系统的地震响应计算。     

高土石坝-地基动力相互作用的影响研究

我国土石坝建设高度已迈入300 m级,其体积和质量巨大,坝-基交界覆盖区域(建基面)沿顺河向长可超千米,且筑坝材料具有非线性特性,地震时的坝-基动力相互作用问题越发受到工程界的关注,亟待开展系统研究。本文以我国已建和拟建的若干代表性高土石坝工程为背景,采用波动分析方法考虑坝-基动力相互作用,系统地讨论了地基截取范围的影响,并通过与传统振动分析方法对比,研究了坝-基动力相互作用对大坝地震反应的影响。结果表明:高土石坝的地震反应计算采用波动分析方法更符合实际;在考虑坝-基动力相互作用时,建议地基截取范围取坝-基交界面顺河向长度的0.3～0.5倍(面板坝时约1.0H～1.5H,心墙坝时约1.2H～1.8H,H表示坝高);与振动分析方法相比,波动分析方法获得的坝体加速度极值降幅约为10%～40%,动位移极值降幅约为10%～50%,面板动应力极值降幅:拉应力约为20%～40%,压应力约为15%～30%。可见,坝-基动力相互作用的影响是显著的,振动分析方法不能反映地震对大坝作用的实际情况,高估了大坝的地震反应,从而低估大坝的极限抗震能力。     

地震激励下桩-土-结构动力相互作用分析

该文采用连续统一体模型,假设桩-土-结构都为具有粘性阻尼的弹性体,将地震波简化为简谐SH波诱发的水平振动,用基岩运动输入下桩土相互作用的振动解来分析粘弹性半空间场地土的动力反应,并对地震激励下桩-土-结构耦合相互作用进行分析,可为高层建筑和桥梁抗震抗风设计以及地震灾害分析提供理论和实际的参考依据.     

轴-横向荷载作用下超长桩数值模拟

轴-横向荷载作用下的桩土相互作用研究主要集中在单层土中的中短桩,工程设计将水平、竖向荷载作用分开单独考虑.本文对成层地基中超长桩在轴-横向耦合荷载作用下展开数值模拟研究和试验对比,结果表明,轴-横向荷载作用下的超长桩桩-土相互作用主要集中在土体浅部区域,竖向荷载作用使得桩身弯矩、水平位移减小,从而提高了桩基础水平承载力;对于软粘土,水平荷载能在一定程度上提高超长桩的竖向承载力.桩侧土与桩端土的变形模量比也是影响超长桩承载性能的重要因素,两者比值越大,侧摩阻力占总荷载比例越低.本文建立的超长桩数值模型计算结果与实测数据吻合较好.     

KICT沉井-土-桩有限元模拟

该文采用有限元软件Abaqus V6.5 Standard平台,建立有限元模型,模拟KICT新码头沉井-土-桩之间的相互作用,分析各个阶段的位移场和应力场,以及主要构件的受力情况,为改造后的结构安全评估提供参考。     

国内外高桩码头抗震性能和设计方法研究进展Ⅱ:桩-土相互作用

通过对高桩码头震害的分析,分析了高桩码头破坏的主要原因。在此基础上,从高桩码头抗震设计方法、桩-土相互作用、斜桩和桩-上部结构连接的抗震性能等方面,论述了国内外高桩码头抗震研究的进展,总结了这些研究成果在高桩码头抗震设计规范中的应用,指出了高桩码头抗震性能研究的不足及需要深入研究的问题。对国内如何吸收国外高桩码头抗震的研究成果及抗震设计规范的修订方向提出了建议。该系列论文分为3部分,此为第2部分,主要介绍高桩码头抗震计算中桩-土相互作用的评估方法以及高桩码头的动力分析方法和研究成果。研究表明,评估桩-土相互作用的方法已较为完善,而对高桩码头抗倒塌性能以及近断层地震动下码头反应特性的研究还有待深入。     

基于比例边界有限元法的结构-地基动力相互作用时域算法的改进

本文基于比例边界有限元法(Scaled Boundary Finite Element Method)的缩减基函数解法，对结构无限地基动力相互作用的时域算法进行了改进。通过选择适当的基函数数目，缩减结构-地基接触面上的自由度，以减小卷积积分所带来的计算工作量，推导了缩减自由度后运动方程的表达式。通过重力坝和拱坝加速度频响曲线的算例，对比了不同程度缩减的基函数和全部基函数对计算精度和效率的影响。结果表明，基函数的缩减可使计算效率明显提高，但精度损失不大。当采用60％的基函数时，计算效率提高5倍，而峰值频响曲线的精度损失却不超过4％。因此，该算法比较适合于大型结构地基动力相互作用问题的时域分析。     

直根系根-土复合体抗剪强度简易计算方法

为了简化直根系根-土复合体抗剪强度的计算,基于根-土相互作用机理,考虑复合土体中根系的破坏模式,对直根系根-土复合体进行受力分析,推导了根-土复合体抗剪强度计算公式,将计算结果与现场实测值进行对比,并对折减系数、含根量、植物种类根-土复合体抗剪强度的主要影响因素进行了参数分析。结果表明:根-土复合体黏聚力是土层深度的指数函数;法向应力不变时,复合土体的抗剪强度随折减系数的增大而增大,折减系数在0.84~0.86之间取值时,结果较接近实测值;且复合土体的抗剪强度随含根量的增大呈先增大后减小的趋势,存在一个使复合土体抗剪强度最大的最优含根量;法向应力增大时,直根系复合土体的抗剪强度也随之增大,采用理论公式计算的抗剪强度值与实测值相对误差在10%以内。研究成果可为边坡生态防护的设计和计算提供理论参考。     

基于土-结构相互作用的海上风机模态分析

利用ANSYS有限元软件,建立了海上风机“基础-塔筒-机舱-轮毂-叶片”耦联整体结构的有限元模型,分别运用m法和P-y曲线法分析了土-结构相互作用对海上风机整体结构的自振特性的影响,结果表明:土-结构相互作用对海上风机整体结构自振特性的影响比较显著,且P-y曲线法比m法更合理.     

基于船-推耦合模型的喷水推进器水动力性能数值分析

船-推相互作用将对喷水推进器的性能产生显著影响，是喷水推进器优化设计中必须考虑的关键问题。该文以某水面快船-喷水推进器系统为研究对象，基于求解RANS方程和SST k-ω湍流模型，分别采用VOF多相流数值方法和多重参考坐标系(MRF)方法，对喷水推进器的敞水性能及其装船后的自航性能开展数值计算。通过对比不同计算工况下的喷水推进器外特性与内部流动特性，分析并总结了船-推相互作用对喷水推进器性能的影响规律和影响机理，结果表明：喷水推进器装船后，将偏向高流量工况运行，且偏移程度与船体所处的航行状态直接相关；自航时的船体运动姿态还能改善喷水推进器进水流道唇部的流动分离现象，提高喷水推进的总体效率。     

大坝-地基动力相互作用研究中的几个问题

随着水利工程发展的需要,大坝-地基动力相互作用问题越来越受到关注。在查阅大量的文献资料的基础上,提出了目前大坝-地基动力相互作用研究中所面临的几个主要问题,对水利工程、地震工程相关领域的深入研究和工程实践具有重要的指导意义。     

阶梯地形下坝-库水-地基非线性相互作用的动力模型与多因素耦合模拟

为了更精细模拟阶梯地形坝址的混凝土坝在考虑材料非线性、库底吸收等多因素耦合下的地震响应,需要发展适用的坝-库水-地基非线性相互作用动力模型,其中合理的地震动输入是面临的首要问题之一。本文根据波场分离原理和坡面应力自由条件,提出了求解阶梯地形地基自由场的计算方法和该场地条件下坝-基体系的地震动输入方法,可较为准确地反映阶梯地形对坝体动力响应的影响。通过构建坝-库水-阶梯地形地基全域分析模型,可全面考虑坝-库水、坝-复杂场址动力相互作用以及坝体混凝土、近场基岩的非线性力学特性,从而提高了重力坝整体抗震安全评价的合理性。通过场地反应分析和波动散射分析的数值算例,验证了输入方法的有效性。并以阶梯地形下某重力坝挡水坝段为例,研究了场址条件对静-动力组合作用下坝体损伤演化的影响规律,结果表明:距坝踵约一倍坝高以外淤泥覆盖层的吸能作用对坝体损伤影响轻微;岩基的塑性主要从坝踵开始,导致坝踵损伤减轻,坝体位移响应改变,对水平方向的影响更大。