强夯加固地基大变形动力有限元数值模拟

本文根据强夯法加固地基时夯击点周边土体存在局部大变形现象 ,运用非线性有限元理论 ,推导出弹塑性大变形动力有限元方程矩阵形式表达式。采用弹塑性大变形有限元程序计算了宁波镇海港区 30万m2 粉煤灰场地的强夯法地基处理工程 ,得出了夯坑的形状、深度和土中塑性区的开展情况。计算结果表明考虑土的弹塑性和大变形双重非线性的有限元计算结果较符合实际情况     

强夯加固地基大变形动力有限元数值模拟

本文根据强夯法加固地基时夯击点周边土体存在局部大变形现象，运用非线性有限元理论，推导出弹塑性大变形动力有限元方程矩阵形式表达式。采用弹塑性大变形有限元程序计算了宁波镇海港区30万m^2粉煤灰场地的强夯法地基处理工程，得出了夯坑的形状、深度和土中塑性区的开展情况。计算结果表明考虑土的弹塑性和大变形双重非线性的有限元计算结果较符合实际情况。     

强夯有效加固深度的夯坑预估法

山区填土地基多为土石混填,具有颗粒大小不均、孔隙率大、含水率低等特点。采用强夯法加固此类地基时,夯坑形状接近于倒圆台体。文中从夯坑的形状出发,以现场实测夯坑数据为基本参数,考虑夯点间距、夯锤半径及地基土性质等因素的影响,建立模型预估强夯有效加固深度,证明了该方法的有效性和实用性。     

强夯法处理湿陷性黄土地基试验研究

针对工程建设过程中出现的湿陷性黄土地基问题,文章以现场强夯法为基础,配合夯击过程中变形和夯击后地基土试验检测,得到如下结论:强夯法处理湿陷性黄土地基时,随着重锤夯击能量的逐渐增加,地基土标准贯入度逐渐增大,竖向变形逐渐增大,二者均表现为先快速增大,后缓慢增大,夯锤四周一定范围内土地竖向位移呈现先逐渐减小,后反向增大,最后趋于无影响;得到强夯法有效加固深度为4m,夯锤四周受影响土体为8m,经济夯击能量为3000kN·m,经济夯击次数为8次;得到了利用夯击能量分别为2500kN·m和3500kN·m的重锤处理地基后的地基承载力分别为80kPa和160kPa;该试验得到了强夯法处理渠道湿陷性黄土地基的基本参数,可为类似工程提供依据。     

强夯作用下土体加固效果研究

强夯法具有操作简单、施工周期短、工艺简单等特点，已在国内外得到广泛应用。为进一步研究强夯法加固地基土效果，利用有限元软件模拟强夯施工过程，考虑夯锤及地基土弹塑性本构关系，分析了在不同的夯击能下，土体的竖向位移、动应力、速度、土体塑性区域变化规律。得出如下结论：(1)在冲击荷载下，土体发生弹塑性变形，土体塑性变形主要从夯锤向下呈一定角度扩散，呈苹果形分布，随着夯击时间增加，塑性变形区域也在逐渐增大；(2)土体竖向位移及动应力随深度逐渐衰减且在空间上呈椭圆形分布；(3)随着夯击能增加，土体加固效果也越好。     

成层地基–桩基–结构动力相互作用体系的计算分析

以一个1∶2大比例模型结构–地基的动力相互作用模型试验为基础,结合通用有限元程序MSC.Marc,对成层地基–桩基–结构动力相互作用体系进行了三维有限元分析。计算中采用考虑土非线性特征改进的黏弹性人工边界模拟外部土域,利用考虑动力相互作用中桩土分离、滑移以及桩基提离效应的接触模型反映桩土接触界面特性,并引入阻尼项表征桩土动力作用中的能量损耗,土体采用等效线性模型。通过计算分析与试验的比较研究,验证了计算模型和分析方法的合理性,进行了地震动输入下的地震反应分析,为地基–结构动力相互作用的进一步研究奠定了基础。     

强夯冲击荷载作用下山区填土地基的应力与位移分析

利用ABAQUS有限元软件,建立了计算分析模型,对重庆山区典型填土地基的强夯应力、位移进行了模拟分析,指出在相同的夯击能下,夯锤重量越大,其接触土体时产生的应力呈降低的趋势,最大夯沉量以及夯后土体回弹量呈增加的趋势,夯坑隆起量变化不大;采用重锤低落距的强夯效果优于轻锤高落距。     

基于能量法的强夯频域分析

强夯分析一般基于时域,利用能量方法,在频域中对强夯作用下地基动力响应进行研究与计算。由于地基模态密集,提出以能量响应信息的收敛作为模态截断的判断指标,建立能量范数和能量判据,计算强夯动力响应的模态截断阶数。根据能量方程研究强夯过程中地基应变能和动能的响应规律,研究结果表明大量的夯击能都转变为波动能量,可以认为除了表层土直接受夯锤的冲击力作用外,深层土主要是受波动影响。     

强夯置换中碎石运动机制和成墩过程的数值模拟

关于强夯置换碎石墩形成机理（特别是碎石运动和动态成墩过程）的数值模拟研究较少。之前的数值模拟研究往往将碎石垫层视为均匀的连续介质进行分析,偏离了碎石体的物理实质。将碎石分为个体分散接触进行了建模,对单次夯击和连续多次夯击过程中碎石体的变形成墩过程进行了数值模拟。分析结果表明：将碎石垫层视为分离的碎石个体进行模拟可展现强夯置换中碎石墩的形成过程及其变形机制;强夯置换过程按时间顺序可分为夯锤与碎石的能量传递和碎石垫层之间的应力波传播过程、碎石垫层接触软土后的整体变形、夯锤二次冲击碎石结构重分布、稳定结构的碎石与夯锤共同运动4个阶段,并分别阐述了各阶段的具体原因和作用;从铅垂方向排列碎石的水平运动分析了整体成墩的原因。通过对连续夯击过程的数值模拟,获得了夯锤运动状态、能量释放时间变化规律,数值模拟得到的夯锤运动位移、速度、加速度与试验观测结果比较吻合。     

承台效应对大直径扩底桩沉降变形的影响分析

根据大直径扩底桩桩顶处的静力平衡条件和变形协调条件,建立了考虑承台效应时计算大直径扩底桩沉降变形的公式。对某教学楼基础工程的29根桩是否考虑承台效应分别进行了沉降变形计算,并将计算结果进行对比分析,结果表明,若桩基承台底面与地基土紧密接触,承台效应对大直径扩底桩沉降变形的影响不容忽略;地基土的压缩模量越大,承台效应越显著。     

回填土地基的强夯大变形分析

强夯过程中 ,夯坑周围土体存在局部大变形现象 ,用无限小变形假定将无法消除刚体位移的影响 ,必须采用大变形理论分析强夯加固机理。在强夯计算模型中 ,运用改进人工边界法来模拟波在人工边界上的传播。为了保证模型的网格稳定 ,计算程序中增加了液化单元分析。最后给出一个工程实例 ,验证了本文编制的大变形有限元程序。     

强夯动接触力的碰撞分析与并行优化求解

对强夯法加固地基机理进行数值分析。在土体应变．位移关系上采用大变形假设；在动接触力的计算中，基于碰撞分析理论，提出碰撞系数和地基等效碰撞质量的概念，建立动力形式的接触条件：在整体求解上，根据能量守恒原则，建立能量形式的补充方程，采用优化模型求解，并在优化算法上采用基于网络并行计算技术的复形法。对一具体算例进行了数值分析，得到了地基位移及动接触力在强夯作用时间内的变化规律，为精确模拟分析强夯加固机理提供了有效途径。     

基于几何非线性的强夯加固机理分析

针对强夯法加固地基机理的数值分析中存在的几何非线性情况,本文在应变-位移关系上采用大变形假设,建立基于有限单元法的土体非线性动力平衡方程,给出该非线性方程的迭代计算格式。对一具体算例进行了非线性数值分析,得到了强夯作用过程中土体动态响应的一般规律,为精确模拟分析强夯加固机理提供了有效途径。     

压桩过程中静压桩挤土位移的动态模拟和 实测对比研究

 圆孔扩张法及应变路径法由于土体的大变形和桩土界面摩擦接触问题而难以模拟动态的压桩过程,数值模拟法能够考虑到土体的本构关系、大变形和桩土的相互作用等诸多因素的影响,因而在静压桩挤土效应方面得到了广泛的应用。采用合适的土体屈服准则及有限变形理论,通过在桩土界面设置接触以及在桩顶施加位移荷载建立了能够实现动态压桩过程的有限元模型。利用得到的有限元模型模拟了沉桩产生的水平及竖向挤土位移场,讨论了动态压桩过程对沉桩挤土位移场的影响,并和现场实测进行了对比。研究结果表明,挤土位移场动态模拟结果与实测值相一致,且能反映土性的变化情况;在动态压桩过程中,水平向的挤土位移随着压桩深度的增加而增大,竖向挤土位移随着压桩深度的增加浅层土体表现为隆起增加,而深层土体表现为下沉量增加。挤土位移的最大值与压桩深度存在滞后效应,因此在压桩过程中要给以足够的重视。     

强夯的物质点法模拟及其能量转化规律分析

提出大应力范围内的密度相关土体本构模型,适用于分析强夯等作用下的土体变形问题。对刚柔接触算法进行了修正,用物质点法结合提出的本构模拟了强夯过程。与其他数值模拟将荷载假设为三角形应力波作为输入荷载不同,通过输入夯锤与土体的碰撞速度实现加载。模拟结果与承德机场4标段某处试验数据进行了对照,吻合较好。提出强夯过程中的能量转化率的概念,对能量转化的规律进行了研究,为研究强夯问题提供了新视角。模拟分析表明,能量转化率的提高不总意味着每击夯沉量的提高,因为能量在较大范围的扩散可能导致高能量转化率下的低夯沉量;剪切变形过程中吸收较多的塑性应变能,可能会使体积压缩变形吸收的塑性应变能向局部集中。通过数值模拟还发现,重锤低落时的能量转化率高于轻锤高落,一般可产生更大的夯沉量。     

深厚覆盖层上高土石坝的动力稳定分析

在高地震烈度区修建深厚覆盖层上的高土石坝面临许多新问题,如大坝的动力稳定、坝基液化问题等。以直粘土心墙及坝基截渗墙土石坝为例,采用三维动力固结有限元方法,研究强震区深厚覆盖层上的高土石坝的动力稳定问题。三维动力固结有限元程序以动力固结方程为基础,采用能够反应土体非线性、滞后性以及不可恢复性动变形特性的拟等效弹塑性本构模型,放弃了动孔压上升模式,在震动全过程中跟踪孔隙水压力产生、扩散和消散的发展变化,实现了动力渗流与动力反应分析的真正耦合,可较好地反映土体在地震过程中的实际性态,避免了动本构模型与动孔压模型有时难以合理搭配的问题。计算结果表明,深厚覆盖层上修筑的直心墙土石坝的静应力和静位移均较大,但它的动应力、动位移及加速度的反应值却均较小,且坝底的孔压比也较小,可满足稳定性要求。     

输水管道水锤效应作用下斜拉桥结构动力响应研究

为研究斜拉桥上铺设的大型输水管道发生水锤效应时桥梁结构的动力响应,以某独塔斜拉桥为工程背景,根据水锤效应的基本理论和作用方式,将管道对桥梁的动力效应简化为一随时间变化的动力荷载。通过分别建立管道水锤计算模型和桥梁动力计算模型,得到水锤效应发生时阀门位置顺桥向冲击力随时间的变化情况,再将此冲击力作为动力荷载施加到桥梁模型上。计算结果表明：水锤冲击力随时间呈周期性变化,阀门短时间关闭时将产生较大的冲击荷载;漂浮体系独塔斜拉桥各构件在水锤冲击作用下的动力响应以顺桥向方向为主,同时伴随有竖向的位移与应力。主梁上的应力变化可忽略不计,桥塔及斜拉索中应力变化分别可达0.7MPa和1.5MPa左右。单侧布置的管道还会产生偏心作用,使结构的动力响应呈现非对称性。     

第三方载荷作用下埋地输气管道动力响应的数值模拟

强夯是导致埋地输气管道第三方破坏的主要载荷形式之一.强夯下埋地输气管道动力响应问题的本质是夯锤-土-埋地管道组成的体系在冲击荷载下的整体动力响应.利用LS-DYNA有限元商业软件,基于非线性动力学基本理论和动态算法,在半无限土介质中,通过对动力参数和接触参数的合理设置,在验证某工程实例的基础上,选取适当的本构关系,从夯击能量的大小、夯锤和管道之间的间距和管道表面复土深度三个方面对强夯冲击荷载作用下埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟研究,得出了埋地输气管道在夯击荷载下的动力响应规律.结果表明,采用数值模拟方法对研究强夯冲击荷载作用下埋地输气管道的动力响应是可行的,其计算结果对埋地输气管道的风险评估、设计和施工具有一定的参考价值.     

强夯法施工锤重参数的合理选用

通过对常规方法确定强夯施工参数及下落锤体对地基土体冲力作用的研究，指出在同一单击能量情况下，采用重锤低落距处理地基工程优于轻锤高落距强夯方案。     

福明路站二期基坑动态开挖监测及数值模拟研究

宁波地区广泛分布海相沉积软土,轨道交通基坑地质条件较差,风险大。以轨道交通福明路站二期基坑为背景,运用FLAC-3D软件建立基坑三维数值分析模型,对基坑施工进行全过程动态模拟。在基坑开挖之前布置详细监测方案,实行信息化施工,测试获得了基坑主动土压力、被动土压力、孔隙水压力、墙体和土体的水平位移及地表沉降规律。最后,将数值计算结果与监测结果进行了对比分析,结果表明:计算得到的水平位移和地表沉降曲线实测值基本一致,验证了计算结果的适用性,其结果可为类似基坑工程的设计和施工提供有益参考。