基于载荷试验计算土体变形模量的新方法

目前地基沉降计算选取的参数大都依据室内试验确定的压缩模量,并采用经验系数对计算结果进行修正。该方法简单,但计算结果与实际沉降大小相差甚远。究其原因主要是由于压缩模量是在侧向无变形的假定下而得,且室内试验取土无法避免土体的扰动。模量的选取是影响沉降计算准确性的一个重要因素,欲改进计算沉降的传统方法,量化土体的实际变形,优化土体的模量则变得十分必要。土的原位试验中,载荷试验既能克服土体的扰动,又无侧限变形的假定,可测得不同含水量、孔隙比、密度及应力状态下土体的变形特性,故依据载荷试验寻求新的方法确定土体的变形模量。     

简支矩形厚板的Lame方程解

本文从Lame方程出发,选取位移函数,求得垂直荷载作用下简支矩形厚板的完整的应力、位移表达式。与Navier的薄板理论解作了比较。由于没有采用Kirchhoff假定,在薄板范围内,本文解给出了比Navier解精确的结果。     

一般条分法的加速度系数显式解

对于边坡稳定性分析中的加速度系数方案,根据条底法向力方程,对条底法向力进行假定,使得假定后的条底法向力具有2个待定参数。与传统的条间力假定相比,该假定理论根据更充分,物理意义更明确。通过假定后的条底法向力来化简可能滑动体的3个整体极限平衡(水平方向、垂直方向力的平衡和力矩平衡)方程,得到加速度系数Kc的线性代数方程,其根为严格满足可能滑动体整体平衡条件的一般条分法加速度系数Kc的显式解。参与计算的有关参数尽管偏多,但都是简单的代数求和。因此,在不损失计算精度的同时,大大简化了一般条分法在严格意义下计算加速度系数Kc的过程。以此为基础,建立了一种求解安全系数Fs的方法。算例分析表明,所给一般条分法的加速度系数显式解是正确的,所给方法是合理有效的。     

地层成层性对基床系数的影响分析

地下、建筑及交通工程对基床系数的使用局限于均质弹性半空间中地面一点的反应,没有反映地层成层性、空间性及各向异性对基床系数的影响,计算误差较大,且后续工程处理较为复杂。为考虑地层成层性对基床系数的影响,基于弹性层状理论进行地基梁变形分析,并与Winkler地基模型的解答进行对比,提出考虑土层有限压缩特性及成层特性下的基床系数表达式。结合算例验证本文方法的合理性与适用性,并给出对应于不同土层厚度与软硬分布情形下,基床系数表达式中相关修正系数的设计图表。对于具体工况,先视作均质有限压缩地基,由k∞与土层总厚度H查图表确定kH,再根据土层成层特性及kH确定最终k取值。     

对地基弹性均压系数与基础底面积关系的研究

根据各向同性的均质的弹性半空间理论,地基的弹性均压系数Cz与基底面积的平方根F成反比。但这一理论结果与大量的试验结果不符。在分析产生这种差异根本原因的基础上,提出在理论上假定地基在半空间范围内为各向同性的均质的弹性体是不符合实际的结论。并指出随着深度的增加,土体的弹性模量也在不断增加。考虑这一因素后,地基土的弹性均压系数Cz的变化比之随F的变化速率要缓慢得多。同时还指出,《动力机器基础设计规范》(GB 50040-96)对分层地基条件下确定地基弹性均压系数Cz的不合理性。     

砂土中锚板荷载-位移特性研究及上拔位移计算

根据砂土中水平锚板的抗拔荷载 位移 (Q S)曲线特征 ,假定锚板的无量纲化荷载 位移 (Q Qu—S D)曲线为双曲线方程 ,对本次砂土中模型锚板的抗拔试验数据和相关的现场和模型试验结果 ,进行了统计学分析 ,阐明了模型试验锚板和现场试验锚板抗拔性能的差异 ,考虑到实际工程的不确定性 ,按 95 %的置信上限确定双曲线方程的系数 ,得出水平锚板的无量纲化双曲线方程 ,据此可以求解锚板在工作荷载下的位移。最后对方程的应用作了说明。     

非轴对称垂直荷载下弹性半空间体理论解及力学分析

为反映轮胎实际接地压力形式下路面结构受力状态,以非轴对称层状弹性体系理论一般解为基础,针对非轴对称垂直荷载下弹性半空间体的边界条件,求解荷载函数的Hankel积分变换,完成非轴对称垂直荷载作用下弹性半空间体理论求解,并与圆形均布荷载下弹性半空间体力学响应进行对比分析。结果表明,非轴对称垂直荷载与圆形均布荷载下应力与位移的场分布差异显著,圆形均布荷载下最大拉应变、最大剪应力和最大弯沉值显著提高,表明荷载的非轴对称特性将加剧沥青路面的断裂和变形破坏。     

两相饱和介质上刚性圆板垂直振动分析

本文基于Biot提出的饱和多孔介质波动方程,在不考虑土骨架的压缩性,并假设流体粘滞性系数包含在动力系数前提下,在将波动方程的系数无量纲化后,借助Hankel变换法得到波动方程Hankel的变换解,并结合混合边值条件建立起可以描述饱和介质上刚性圆板垂直振动的对偶积分方程,并将其化为易于求解的第二类Fredholm积分方程,利用Matlab数值计算,最后得到地基表面的动力柔度系数Cv,以及刚性圆板随无量纲频率a0的变化曲线。     

弹性饱和多孔介质在非轴对称荷载下的稳态动力响应

应用Fourier展开和Hankel变换 ,求出了弹性饱和多孔介质Biot方程在非轴对称情况下的级数解。首先把饱和多孔介质固体骨架位移和孔隙流体压力用级数展开 ,建立了级数系数函数满足的微分方程组 ;然后把未知函数按一定方式进行组合 ,使方程组进一步简化 ;再应用Hankel变换把关于两个变量的微分方程组转化为只有一个变量的微分方程组 ;最后解微分方程组 ,得到了有关函数的Hankel变换。接着 ,以Biot方程在非轴对称情况下的Hankel变换解为基础 ,给出了饱和多孔介质总应力分量和孔隙流体相对于介质骨架位移的Hankel变换表达式。作为特例 ,在文章的结尾部分还应用Biot方程的解得到了半空间弹性饱和多孔介质分别在表面非轴对称竖向简谐荷载和水平简谐荷载作用时的稳态动力响应。所有这些结果都对研究饱和多孔介质的动力响应特性和有关工程领域有一定意义。     

用于估计多隧道开挖地面沉降的解析解(英文)

对于均质弹性地基中单隧道和多隧道开挖施工,本文给出了用于计算二维和三维地面沉降的近似的显式解析解。该解析解是对点荷载下Mindlin位移解进行积分并利用泰勒级数展开而得。利用该解析解,可以计算多个任意相对位置的隧道掘进引起的地面沉降。对于隧道开挖面不同支护程度的情况,可以采用一个原位应力释放度(系数)来模拟。通过一个单隧道开挖的弹性有限元计算对比,对简化的解析解进行了检验,两者计算结果的差距在9%以内。简化解析解的有效性,通过两种情况(两条相互平行隧道和两条相互垂直隧道)的计算得到验证。     

南水北调西线工程断裂位移随深度变化的数值模拟研究

运用三维弹性有限元数值模拟方法对南水北调西线工程区断裂位移随深度变化进行了研究,通过模拟不同宽度断层的位移随深度变化、计算不同断层弹性模量下断层位移随深度变化及计算1000m深度以内水平位移、垂直位移相对于地表的增加比例,得出了在1000m埋深内断层水平位移和垂直位移增加比例随深度变化的关系曲线。试验表明,在埋深1000m内,断层水平位移增加比例小于垂直位移增加比例;在其他参数固定的情况下,采用不同的震源破裂长度计算断层滑距随深度增加的比例相同。该工作可为工程设计提供依据。     

平面波入射下深水地基场地动力响应分析

建立了深水地基场地分析模型,基于单相弹性介质、Biot流体饱和多孔介质和理想流体弹性波动理论,分别推导了平面P波或SV波入射时该深水地基场地波动问题的解析解,并得到水下地层表面位移的表达式,分析了土的刚度、饱和度及入射角等因素变化时水深对场地位移响应的影响。结果表明:水深对水平位移峰值的影响较小,而共振频率随着水深的增加而增大;竖向位移峰值和共振频率并不随水深的增加而单调增加;同一水深下,饱和土层的刚度越小,水平及竖向位移峰值越大,共振频率越小;与完全饱和相比,土层饱和度的微小变化会使竖向位移峰值显著增大,共振频率减小,但水平位移峰值和共振频率基本上不受饱和度的影响;在基本频率下,当P波作用时,水深对水平位移的影响随着入射角增加先增加后减小,有水时在不同入射角下水深对竖向位移的影响较小;当SV波入射和有水条件下,对于不同的入射角水平位移均随着水深的增加而减小,在入射角35°到45°范围内竖向位移随着水深的增加而减小,除此范围外水深对竖向位移的影响较小。     

层状地基中隧道开挖对临近既有隧道的影响分析

首次采用弹性层状半空间地基模型,建立了多层地基中隧道开挖对临近既有隧道影响的连续弹性分析方法,改变了过去采用简化分析方法仅能在均质地基中求解此类工程问题的状况。首先,采用Laplace积分变换得到了直角坐标系下单层地基应力和位移的初始函数,在此基础上,运用矩阵递推技术,给出了竖向荷载作用下层状地基中应力和位移的解析表达式并将其作为分析该问题的基本解。然后,采用弹性层状半空间地基模型将既有隧道视为Euler-Bernoulli梁,地基土体连续位移采用弹性层状半空间体系的基本解进行计算,并引入临近隧道开挖引起的土体自由位移场影响建立该问题的连续弹性求解方程,从而可以求得隧道纵向位移和内力。最后,结合离心模型试验和有限元数值模拟算例进行分析,验证了本文方法的有效性。此外,为考察地基土成层性对既有隧道性状的影响,还对几种典型层状地基中的隧道进行了参数分析。成果可为合理制定地下工程施工对临近既有隧道的保护措施提供一定的依据。     

基于位移控制边界单元法盾构隧道开挖引起分层土体变形分析

 考虑地基土体非均质性的影响,基于弹性层状半空间地基模型,提出分析多层地基中盾构隧道开挖引起周围土体不排水变形的位移控制边界单元法,改变了过去采用简化分析方法仅能在均质地基中进行求解的状况。针对盾构隧道开挖边界引入椭圆化非等量径向土体位移移动模式,建立层状地基中洞周边值问题的边界积分求解方程,并采用高阶等参单元代替低阶常分布单元得到边界离散方程,同时以弹性层状半空间地基模型的基本解代替常规均匀介质体的Kelvin或Mindlin基本解,最终求得隧道洞周给定位移条件下的土体位移场。算例分析表明：位移控制边界单元法在计算均质地基和非均质层状地基中都具有较好的精度;对于非均质层状地基,如果采用以往的将不同土体参数近似折算成平均值进而按照弹性均质地基进行求解会带来较大的计算误差。研究成果可为合理评估盾构隧道施工对周围环境的影响提供一定的理论依据。     

时域垂直载重桩反应与土体模式应用

本文以不同土壤弹簧和依时性阻尼系数 ,配合波动方程有限差分解仿真基桩反应。由t-z和Q-z曲线方程式所推求的弹性土层弹簧系数和依据三维波传递动力阻抗函数所建立之转换阻尼 ,可仿真桩载重反应。基桩位移量和位移历史和土 -桩界面模式相关。本研究模式和其它学者建议模式之差异显现于单调载重的桩顶位移量和冲击载重作用后桩顶位移之衰减 ,调整转换阻尼参数和土壤弹簧系数值可减少分析差异。透过土层弹簧系数修正 ,该项分析模式可仿真桩设计位移曲线和现场桩载重试验数据。     

Analysis of cyclic shear characteristics of reinforced soil interfaces under cyclic loading and unloading

The cyclic properties of geosynthetic soil interface are crucial for reinforced soil structures subject to seismic loading. A series of cyclic direct tests under cyclic normal loading was conducted on geogrid-gravel interface. The relationship among the amplitudes of cyclic normal loading and shear displacement and frequencies in the horizontal and vertical directions with interface shear strength and volume change was investigated. Test results showed that the relative time shift, shear stiffness, and enhance coefficient increased with increasing amplitude of cyclic normal loading. The interface exhibited shear hardening and softening with increasing amplitude of shear displacement. The vertical displacement decreased with increasing amplitude of cyclic normal loading but increased with increasing amplitude of shear displacement. Furthermore, three patterns were analysed for different frequencies in two loading directions. The value of vertical displacement was largest when the normal loading impact frequency was larger than the cyclic horizontal shear frequency, and smallest at equal frequencies in two loading directions. The shear stiffness was positively correlated with the amplitude of cyclic normal loading. However, it was negatively correlated with the amplitude of shear displacement. The value of the damping ratio was smallest under constant normal loading at a shear displacement amplitude of 0.5 mm.     

岩层移动复合层板模型的系统方法解析

 从弹性力学基本方程出发,未加任何有关位移和应力模式的附加假设,利用系统方法,引入关态空间,推导出状态方程,建立了岩层移动的复合层板模型。并以位移为基本未知量,在横观各向同性和层间滑动接角状态下,解出开挖水平煤层引超的岩层移动问题的精确级数解,为解决复杂的开采沉陷系统提供了新的途径。     

浅层土体加固对倾斜桩竖向承载力影响研究

桩身倾斜可能导致在小于对应于相同条件下竖直桩的极限承载力的荷载下提前发生弯曲破坏,并可在弯曲破坏前产生较大的桩顶水平位移和桩身挠曲。根据某工程现场载荷试验结果,对倾斜桩桩周土体进行浅层加固数值模拟,以研究其改善倾斜桩竖向承载性状的机理。分析结果表明：加固体深度、加固体面积及加固体尺寸均可对加固效果产生影响。加固体对竖向荷载作用下倾斜桩的承载性状的改善体现在对被动区土体强度和压缩性的改善以及约束桩身上部桩体转动和挠曲的作用。进一步研究了加固体压缩性的影响,结果表明：加固体弹性模量越大,加固效果越明显;但随着弹性模量的增大至一定值后,加固效果基本不再变化。     

深基坑支护结构-土非线性共同作用弹性地基反力法

为使深基坑支护设计考虑支护结构-土的非线性共同作用,将地基土的水平基床系数视为深度和围护墙位移的非线性函数,建立作用于围护墙上的土压力增量的计算模型。进而根据一般弹性地基梁的挠曲微分方程,推导出考虑非线性共同作用的弹性地基梁的挠曲微分方程,并在分析深基坑开挖与回筑全过程中各工况支护结构的受力与变形特征的基础上,给出非线性共同作用弹性地基反力法的计算模型与求解方法。工程算例表明,该方法比现行规程设计方法得到的围护墙计算位移更接近实测位移,且计算参数的确定更为方便,具有较强的实用性。     

Seismic responses of high-rise structure under multiple-component ground motions

In this paper, we studied the responses of high-rise structures under the multiple-component ground motions, such as horizontal; coupled horizontal and rocking; and coupled horizontal, vertical, and rocking ground motion. First, the principle and process of obtaining the rotation component by using wavelet analysis are explained, and the rocking ground motion was obtained by wavelet analysis from translational ground motions. The correctness of this method was verified by shaking table tests. Next, the shaking table tests were performed on the scale model of a high-rise TV tower under the horizontal, multiple ground motions. Under multiple ground motions, the amplitudes of the displacement and the acceleration increased to a certain extent, and the increased range of the acceleration was relatively larger. In addition, the displacement time-history curve with the rocking ground motion showed an asymmetric offset. Subsequently, the dynamic equation of a high-rise structure under the multiple ground motions was established, and the additional second-order effect of the rocking ground motion was also considered. The results of the dynamic equation were well consistent with the shaking table test results, which verified the rationality and the accuracy of the dynamic equation. Besides, the result from the theoretical calculation and test indicated that the additional second-order effect with the rocking ground motion that led to the ground tilting should not be ignored. In the last part, the elastic–plastic properties of the structure under the horizontal and rocking ground motion in the rare earthquake were analyzed. The displacement of the structure with the rocking ground motion increased significantly at the elastic–plastic stage, and the asymmetry deviation degree of the displacement and restoring force–displacement trend of the structure were more significant, which would impact the dynamic stability of the structure and even increase the possibility of structural collapse.