冻土横观各向同性非线性本构模型的实验研究

通过对冻土形成过程及组构特点的分析,指出冻土属正交各向异性材料;并对-5℃～-9℃之间冻土试件3个主方向应力–应变关系曲线、切线模量E以及各向泊松比μ进行了全面实验测定,应用复合材料力学理论,分析证实了冻土可以足够精确地认为是非线性横观各向同性材料,为建立新的冻土本构模型及强度准则,并为冻土与建筑物相互作用的数值分析提供了理论依据。     

非均质多圈管冻结壁三场耦合数值模拟研究

本文主要应用冻土耦合基本理论以及考虑冻土的流变性和非均质性,采用ADINA非线性有限元软件,根据模型试验的条件建立数值计算模型并设立计算边界条件,分析了非均质冻结壁冻结温度场、水分场和冻结应力场的发展特性,结果表明:①各圈管不同位置冻结主面温度呈现不同的分布形式;②温度梯度是影响水分迁移的主要因素;③冻土的冻结应力在冻结管处最大,在冻结管的两侧呈抛物线形状衰减趋势。     

冻土冻胀及其对管道的作用分析

在冻土区敷设长输管道需要考虑冻土冻胀对管道的作用,以防止管道出现过大的应力或应变而危及管道的安全运行。针对冻土冻胀作用对管道的影响提出了分析计算方法,包括冻土冻胀量计算、管道周围温度场计算模型、管道与土壤的相互作用模型以及基于应变的管道失效判据。其中,冻土冻胀量的计算主要基于冻土分凝势和蠕变,温度场模型根据考虑地面环境温度变化和管输介质的温度,管道与土壤的相互作用模型计算差异冻胀情况下管道的应力与应变。计算分析了在温度降低过程中土壤的冻结深度和冻胀位移,以及管道在冻胀作用下的变形,结果表明,冻土差异性冻胀引起管道弯曲变形,其最不安全位置发生在两种土壤的交界处附近。     

冻土与结构接触面冻结强度压桩法测定系统研制及试验研究

为探究冻土与结构接触面冻结强度影响因素及其影响规律,依据接触面冻结强度传统定义,应用压桩法原理研制冻土与结构接触面冻结强度测定系统,并利用该系统开展多影响因素条件下接触面冻结强度测定试验研究。试验研究表明:冻土与结构接触面冻结强度呈现脆性破坏及应变软化,残余强度呈周期性波动及衰变等典型特征;冻土与结构接触面冻结强度受接触面温度和粗糙度影响显著,在试验温度范围内,分别呈线性和对数函数关系。利用埋设于抗压桩身侧面的微型土压力传感器,揭示了接触面压应力沿桩身分布规律,以及接触面压应力随冻结时间、剪切位移变化规律,并将其与接触面温度、冻结强度等变化规律进行对比分析和验证。     

多年冻土地区工程桩竖向承载力三维数值分析

根据冻土与混凝土圆柱问冻结强度试验,得出冻土温度对冻结强度影响强烈的特点.将混凝土灌注桩、桩周冻土及桩土接触面简化成有限元集合体,编制了三维非线性有限元程序.计算的荷载一沉降曲线与漠河多年冻土区现场试验荷载-沉降曲线吻合程度良好,验证了该模型的适用性;对不同的冻土温度、桩径、桩长等因素进行了参数影响分析,得到对桩承载力...     

深基坑中冻土墙与内衬相互作用的数值模拟研究

针对应用冻结工法维护大型深基坑工程中冻土墙与内衬相互作用规律的研究难题，利用有限元数值模拟技术。分别建立弹塑性和蠕变模型来模拟基坑开挖卸载瞬时以及段高暴露后的冻土墙和内衬结构相互作用的规律。不考虑冻土蠕变特性的弹塑性模型的计算表明，开挖卸载后应力释放是冻土墙瞬时变形的主要因素。此时冻土墙位移分布同开挖段高关系不是十分明显。二者相互作用主要表现为内衬结构对冻土墙变形的约束作用；而开挖段高暴露后冻土蠕变是产生冻土墙后续变形的重要原因，此时冻土墙的位移和受力同开挖段高、暴露时间等施工工艺密切相关。在实际工程中，必须考虑冻土蠕变特性，优化施工工艺，实行小段高快速掘进，以控制蠕变位移的增长，减小冻土墙和内衬结构的受力。     

火灾下隧道衬砌的安全设计

在考虑衬砌混凝土和钢筋在高温下的非线性以及非线性温度荷载曲线的基础上,有限元数值模拟计算可获得衬砌在火灾发生前后的内部荷载,并且由温度传播分析和非线性结构分析模型计算得到火灾中衬砌的承载能力.该计算模型考虑衬砌材料力学性能随温度升高而降低的应力释放系数以及围岩与隧道衬砌之间的相互作用.此计算与时间增量历史有关,即考虑不同燃烧时间段材料力学参数的改变.除给出此项目在奥地利境内火灾下一个隧道截面安全设计计算结果外,还在计算中考虑高温荷载以及由高温荷载产生的影响.计算结果可以更好地帮助理解隧道衬砌在高温下的力学行为,便于对隧道结构设计进行火灾条件下的设计校核以及制定隧道衬砌结构火灾安全设计规范,为隧道结构火灾安全方面的设计计算和研究提供参考.     

由单桩载荷试验推算群桩沉降的相互作用系数法

传统的相互作用系数法只能计算群桩的弹性沉降,且所得相互作用系数也明显偏大。采用三维数值方法拟合单桩荷载–沉降曲线,通过弹性及弹塑性分析确定土的弹性参数和桩–土弹塑性接触面参数;由此建立双桩模型,计算分析了桩顶荷载水平、桩距径比、桩端土–桩周土模量比、桩–土模量比、桩长径比、桩–桩之间存在第三桩等因素对相互作用系数的影响,并利用多项式回归拟合;根据数值分析及实测结果,提出了在相互作用系数法中利用单桩载荷曲线分析群桩线弹性和非线性沉降的方法,将相互作用系数法扩展至群桩沉降的非线性计算上。算例分析表明:计算结果与实测值吻合较好;较常规的数值模拟,节省了大量的运算机时,可用于大规模的较大桩距桩筏基础的分析计算。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层温度应力分析

根据沥青加铺层与旧路面之间的Goodman假设以及地基与混凝土板之间的相互作用关系,建立了沥青加铺层温度应力分析的应力平衡微分方程,使用matlab符号运算功能求得了解析表达式,对影响沥青加铺层温度应力的计算参数进行了数值分析,所得结论对沥青加铺层的设计具有一定的借鉴意义。     

生态复合墙结构桩筏基础优化设计分析

为了研究生态复合墙结构在地基基础与结构相互作用时桩筏基础的优化设计方法,建立生态复合墙-剪力墙混合结构和纯剪力墙结构在相互作用条件下的数值计算模型,计算了结构及地基基础的内力及变形。结合计算结果,分析了相互作用对桩筏基础、地基的应力、应变等的分布规律的影响,并将两种结构计算结果对比分析,研究了筏板厚度、混凝土强度、桩长、桩径等因素的变化对上部结构、桩筏基础的应力、应变及桩顶反力、桩筏荷载分担比等的影响,为生态复合墙结构桩筏基础基于地基-基础-结构相互作用的优化设计提供了参考。     

多层砖混住宅沉降与局部倾斜的通用计算方法

本文提出一种考虑多层住宅砖混结构－基础－土体共同工作的计算方法。它把基础作为弹性体，把地基土作为弹塑性体，导出该体系共同工作的平衡方程，通过有限元法对体系进行弹塑性分析，从而计算地基沉降、基底反力和基础内力。     

冻土区桩基础冻胀过程中钢筋与混凝土黏结性能劣化机制研究

冻土区钢筋与混凝土之间的黏结性能对温度的响应更为敏感,并且桩内部因钢筋与混凝土之间的线膨胀系数差异引起的温度应力不容忽视,因此有必要对其进行研究。首先通过分析并建立计算模型,得到模型中沿桩基横截面的温度分布。接着,推导了温度应力的计算公式。然后基于弹塑性厚壁圆筒理论,推导了在温度梯度影响下钢筋与混凝土的黏结强度计算公式。最后给出了桩的直径、混凝土保护层厚度以及钢筋与混凝土的线膨胀系数应满足的要求。以工程实例对桩基础的各个土层状况进行分析,在假设土的干容重、冻土的总含水量、地中热流值、冻土的导热系数不变,季节冻融层为强冻胀土的条件下,分别对单桩和群桩基础的冻拔问题进行了验算。结果表明:得到的临界承载力模型可以为寒区冻土层中桩基础的稳定性评估提供数值分析依据。     

平面冻土墙围护深基坑的时空效应数值模拟

对深基坑平面冻土墙围护结构及周围地层的应力和位移进行了三维有限元数值模拟，其中冻土墙为符合Mlses屈服准则的非均质粘弹塑性介质，地层为符合Drucker-Prager屈服准则的弹塑性介质，同时考虑了基坑分步开挖及时间的影响。分析了冻土墙厚度、深基坑跨度及冻结盐水温度与基坑稳定性的关系并得到了回归关系式。最后，采用本程序对一试验模型进行了计算，其结果令人满意。     

土钉支护变形性能的有限元分析

通过建立三维有限元模型，对土钉支护的变形性能进行分析。在分析中，考虑土的非线性应力－应变关系、土钉与土体的相互作用，以及分步施工过程。通过计算给出一个工程实例的水平位移计算结果，对不同开挖阶段的计算值与实测值进行比较，计算结果与实测结果基本吻合，验证了有限元分析方法的可靠性。所建立的土钉支护有限元分析方法具有工程应用前景。     

Probabilistic seismic demand analysis of a slender RC shear wall considering soil-structure interaction effects

Reinforced concrete shear walls are often used to resist the lateral loads imposed by earthquakes. Accurate evaluation of the seismic demands on shear walls requires adequate considerations of the nonlinear behavior of structural and foundation elements, the interaction between them, and the uncertainty and variability associated with earthquake ground motions. This paper presents a comprehensive probabilistic seismic demand analysis of a typical mid-rise slender shear wall in western US with a flexible foundation and evaluates the significance of soil-structure interaction (SSI) effects on their damage probability. Utilizing realistic numerical models for the shear wall and its foundation, the nonlinear time history analyses were conducted with a large number of recorded ground motions. Response quantities such as maximum inter-story drift ratio, base shear, foundation displacement and rotation are monitored and related to the intensity measure of ground motions (i.e. the inelastic spectral displacement S_di) for the cases with and without considering the SSI effects. Subsequently, the fragility functions of the shear wall are derived and the impact of SSI effects is investigated. It is found that the SSI generally reduces the damage probability of the shear wall, especially when soil nonlinearity is taken into account. The sensitivity of various seismic demands to soil parameters is also discussed. Under strong ground shakings, SSI effects on the maximum inter-story drift are most sensitive to the friction angle of the soil. It is suggested that the damages in foundation and surrounding soil should also be considered in order to systematically evaluate the SSI effects on damage probability of shear wall buildings.     

深基坑冻结止水帷幕冻胀变形模拟分析与试验测试

 通过对深基坑冻结止水帷幕工程冻胀特性的模拟分析,考虑初始应力场平衡及其与温度场、应变场等的耦合分析,结合试验与测试分析成果验证,系统研究冻结止水帷幕的冻胀变形特征、冻胀特性与冻土性质和约束条件的关系以及卸压槽的卸荷作用机制与变形控制效果等,为今后深基坑围护冻结止水技术的合理设计、安全施工和推广应用提供理论基础。     

软粘土冻土挡墙蠕变特征及其设计

本文介绍上海淤泥质粘土冻土力学特性,通过淤泥质粘土大型平面冻土墙模拟试验,分析了平面冻土墙的变形场及其最大变形与各影响因素的关系,并获得其经验公式;研究认为冻土墙最大变形发生在墙中部顶端,影响冻土墙变形程度的因素依次为土压力、冻土墙温度、基坑深度、墙跨及培厚、暴露时间;并讨论了冻土挡墙的设计方法.     

考虑多年冻土蠕变特性的抗拔桩 非线性有限元分析

 结合青藏铁路多年冻土区钻孔灌注抗拔桩现场载荷试验,依据场地多年冻土地温实测资料、物理力学参数以及冻土类型,考虑多年冻土蠕变特性,对冻土区钻孔灌注抗拔桩进行非线性有限元分析。桩–土体系有限元分析采用三维十节点四面体等参单元,桩–土相互作用采用面–面接触单元;同时,假定桩–土体系本构模型服从Drucker-Prager屈服准则。通过数值模拟计算结果与抗拔桩现场载荷试验的对比分析,结果表明,考虑冻土蠕变的分析结果与试验值较为接近,不考虑冻土蠕变时,当外载荷较大时桩顶上拔位移的计算值要比试验值小43%左右,但外载荷较小时两种计算结果差别不大。因此,考虑冻土蠕变的分析方法更比较符合多年冻土区钻孔灌注抗拔桩的实际受荷特点。     

条形基础下地基非线性沉降的改进计算方法

 针对地基土体孔隙压缩性导致其变形力学参数变化的特征,对条形基础下地基的非线性沉降计算方法进行改进。首先,通过深入探讨附加应力和应力历史对地基土体模量影响的力学机制,分别建立地基土体变形力学参数随附加应力和应力历史变化的分析模型;然后,利用地基沉降计算的传统分层总和法,考虑地基沉降计算的非线性特征,并引入分级加载的思想,提出条形基础非线性沉降的新型计算方法,该方法不仅反映地基土体变形力学参数随附加荷载变化的特征,也反映地基土体由于初始应力水平或应力历史不同而引起的土体模量不同对地基沉降计算的影响,而且可有效地避免地基沉降计算中压缩试验曲线的使用;最后,通过工程实例计算与分析,并与实测沉降值和其他方法计算结果进行比较,表明方法的合理性与可行性。