基于广义协调变形的直桩弹塑性分析

考虑桩土作用界面存在虚拟剪切带,基于Mindlin位移解,用广义协调变形方程建立桩与土之间的协调方程。假设桩身为完全弹性,桩土界面为双曲线模型,建立方程组,采用有限差分方法求解。较好的模拟了桩土界面的相对滑移,对传统的桩土相互作用偏大做出了合理的解释。分析了多个工程实例,计算结果与实测结果比较一致。     

土层锚杆挡土桩共同作用的非线性拟合解

考虑了土锚杆和挡土桩的共同作用,对土锚杆抗拔力试验得出的P-s曲线采用最小二乘法进行多项式拟合,求得非线性回归函数,并根据锚杆与挡土桩交点变形协调关系,列出非线性方程组,采用不动点迭代法求解方程组。并给出了工程实例。     

挡土墙被动土压力的滑移线解

基于极限平衡理论,视墙后填土为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,并且假定它是各向同性的、均匀的以及不可压缩（膨胀）的理想连续介质。引进了应力奇点及其应力边界条件,建立了静定可解的极限平衡边值问题数学模型,而不必考虑土的应力–应变关系,采用滑移线法求解了墙后塑性区的滑移线场和应力场,进而求解了挡土墙被动土压力和滑裂面土反力。通过无量纲分析,提出了几何力学相似原理。数值分析表明,被动土压力的滑移线解一般总是小于或等于库仑解,经典朗肯土压力或满足非奇异条件的经典库仑土压力与滑移线解一致,Hencky第一定理和第二定理不具有普遍适用性。     

一种基于Mindlin解的直桩沉降弹塑性分析方法

基于Mindlin位移解，假设桩身为完全弹性，外荷载作用下桩、士之间有相对位移，桩、土之间的摩阻力是相对位移的函数，以考虑桩周土体的塑性，建立了方程组，采用有限差分方法进行求解。计算了两个工程实例，并同实测结果进行了比较。计算结果表明，该方法同实测结果吻合得较好。该方法的突出优点是可以考虑群桩中桩、桩与桩、桩与土的相互作用关系。     

谈公路边坡稳定性可靠度的蒙特卡罗计算方法

以工程实际为例,用MATLAB编制了公路边坡工程蒙特卡罗可靠度求解程序,通过计算结果分析表明模拟次数选择为3000次~5000次、土条数目划分为8条~10条较为合理,这时计算精度能够满足工程要求。     

公路边坡稳定性可靠度的蒙特卡罗法研究

以工程实际为例,用MATLAB编制了公路边坡工程蒙特卡罗可靠度求解程序,通过计算结果分析表明模拟次数选择为3000次~5000次、土条数目划分为8条~10条较为合理,这时计算精度能够满足工程要求。     

传递最大推力的不平衡推力法

不平衡推力法因其计算模型简便,计算过程可以显式完成,并且可以计算边坡整体的滑坡推力,在边坡分析与设计领域应用较广。条分法力学模型是一静不定模型,经各种简化而产生现有的各种条分方法,其中包括不平衡推力法。而作为静不定模型,条分法理论上有无数个满足平衡条件的解。而从这无数解中,应有更加合理和更有代表性的解存在,如具有较小安全系数的解。根据不平衡推力法的思路,遵循极限状态法设计计算的原则,拟通过找到条间传递最大条间力也即最大推力作为解答。本文的解答在边坡取整体安全系数的前提下,确保条间剪力不超出其条间的抗剪强度,让条块之间以最大条间力进行传递。通过理论分析和算例计算表明:相较于传统不平衡推力法,本文方法在满足极限平衡条件的前提下,可求得边坡对应滑动面的更大的滑坡推力,并获得较传统方法更小的安全系数。本文工作是对传统不平衡推力法的一个重要和有益的改进。     

土坡稳定分析中的最危险滑裂面问题

在土坡稳定分析的经典极限平衡法中,一般先假设土坡的最危险滑裂面形状,然后利用不同的搜索方法寻求最优解。作者认为,基于经典极限平衡理论的边坡滑裂面是由土条底部的直线段相连构成的任意形状滑裂面;定义土条底部的纵轴坐标或者与水平面的夹角为搜索变量,采用经验遗传-单纯形算法搜索其最优解,进行了土钉加固土质边坡的稳定性验算,与圆弧滑裂面法进行了比较分析,结果表明作者的方法合理可行。     

非饱和土渗流-变形耦合的数值分析

基于一维非饱和土的渗流-变形控制方程,采用Flex PDE(Partial differential equation)软件对该耦合方程组进行求解分析.该方法突破了解析法对非饱和土导水系数函数的特殊限定,适用于任意的土-水特征曲线表达式;还可考虑到饱和时的渗透系数以及孔隙率是变量.与解析解相比,该数值解表现较高的精度,...     

双层非饱和土地基一维固结半解析解

基于Fredlund和Hasan的非饱和土一维固结理论,将非饱和地基假定为双层,引入层间渗流连续条件,得到双层非饱和土地基一维固结控制方程。采用Laplace变换将偏微分方程组转化为常微分方程组,求解得到双层非饱和土地基在单面、双面渗透边界条件下超孔隙压力和沉降在Laplace域内的解;并利用Crump数值方法实现Laplace逆变换,最终得到时间域内双层非饱和土地基一维固结的半解析解。通过与已有文献和有限差分解的结果比较,验证了所得半解析解的有效性。基于得到的解答,结合算例考察了不同层间渗透系数比下,双层非饱和土地基中超孔隙压力的分布规律;并通过参数分析讨论了土层厚度比和层间渗透系数比对双层非饱和土地基沉降的影响。     

条分法的统一公式及其分析

本文将非严格平衡条分法与严格平衡条分法中的各种方法都综合成统一公式。统一公式是两个代数方程 ,非严格条分法只需解一个方程 ,严格条分法解两个方程 ,不仅便于编程 ,而且计算简单、准确。通过分析比较 ,说明瑞典法、不平衡推力法都是极小值解 ,稳定安全系数最小 ;简化Bishop法稳定安全系数高出瑞典法 6～ 7% ,而严格条分法中的Spence法的稳定安全系数高出简化Bishop法的 2～ 3%。     

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。     

三维边坡稳定问题的基本方程与分析方法

基于空间一点应力分析,进行了空间曲面上一点的应力分析,得出了曲面上一点的法向应力、剪应力与应力分量、曲面一阶偏导数的关系。建立了曲面至边坡表面土柱上力的微分平衡方程、力的平衡方程、力矩平衡方程。和库仑屈服条件一起,构成了边坡稳定问题普遍适用的基本方程。采用与二维问题的简化Bishop法类似假定,得出了一种三维边坡稳定性分析的计算方法。算例表明,本文方法计算结果是合理的,具有广泛的应用意义。     

非饱和土层中污染物运移过程的数值分析

针对填埋场下部为压实粘土衬里、非饱和土层和含水层的三层结构体系,建立了描述填埋场污染物运移的一维控制方程,在控制方程中考虑了压实粘土衬里的平衡非线性吸附方程与非饱和土层的线性吸附方程。采用数值法求解控制方程,通过变动参数探讨了污染物在三层结构体系中运移过程的各种影响因素。     

Numerical modeling of tight fitting flexible liner in damaged sewer under earth loads

Finite element analysis and closed form solutions are used to investigate and interpret tests conducted on a damaged rigid pipe fitted with an HDPE pipe liner. Details of the analysis are described, including the modeling of local interactions between the liner and the host pipe, different segments of the damaged host pipe across longitudinal fractures, and the host pipe and the surrounding ground. Laboratory tests on a lined sewer pipe under earth loads are studied to establish whether finite element and closed form solutions for the repaired pipe system are able to effectively represent the observed behaviour.

The deteriorated rigid pipe is fractured into four fragments, and these interact to impose pairs of closely spaced vertical line loads at the crown and invert of the liner. The finite element analysis demonstrates that significant local bending develops in the liner under these contact forces. Very little thrust develops in the liner, which is almost in pure bending provided the host pipe can still carry hoop thrust across fractures. The angular expansion of the fractures at crown and invert had a negligible effect on the local bending in the liner, allowing the use of theory for rings under parallel plate loading to provide simple calculations of liner response.

Nonlinear finite element analyses indicate that the interface between the liner and the host pipe is close to the full-slip (or smooth) condition. Analysis results for that condition are within 10% of the measured values. The finite element procedure also indicates that the host pipe and the liner within it deform under the effect of the full overburden pressure if the host pipe fractures after the liner is installed. Safe liner design could be achieved by ensuring that local bending associated with host pipe fracture and deformation under the full overburden pressures does not exceed tensile capacity of the polymer (in addition to liner design to resist buckling under external fluid pressure, in accordance with previous liner stability studies). Alternatively, measures might be used to avoid local bending in the liner by preventing deterioration of the host pipe and the surrounding soil during the design life of the repair.     

圆形隧道装配式衬砌接头刚度模型研究

接头刚度Kθ是装配式衬砌结构设计的一个重要参数。目前 ,Kθ的取值尚无现成的公式或图表可循 ,一般是根据接头受力试验确定。本文通过试验建立了接头的力学模型 ,该模型将接头衬垫和连接螺栓抽象成弹簧 ,根据衬垫材料的压缩回弹曲线 ,建立了接头受力和变形的非线性方程式。为了避免应用中求解非线性方程组 ,本文推导了接头刚度的简化计算公式。应用所建立的模型可以求解接头转角、接缝张开量、螺栓拉力等参数 ,通过与接头受力试验实测数据对比 ,证明计算值和实测值是吻合的。文中还应用模型对各种因素对接头刚度的影响规律进行了模拟 ,所得结果是合理的。     

考虑力矩平衡的三维剩余推力法

在考虑力矩平衡的二维剩余推力法的基础上,提出了一种三维极限平衡分析方法。在忽略条柱间作用力的水平剪切分量的基础上,建立铅直方向(Z轴)、滑动方向(X轴)、垂直滑动方向(Y轴)的力平衡以及绕Y轴的力矩平衡共4个方程,平衡方程中纳入地下水、地震、支护力作用。行界面上柱间力作用方向角(条间力剪切分量与水平分量的比值)为条柱底滑面在滑动方向上的倾角乘以统一的修正系数(可称为推力方向修正系数,以进行修正),列界面上柱间力作用方向角为条柱底滑面在Y方向上的倾角。通过迭代计算,当调整稳定系数以使所有列的X向剩余推力和为零、改变滑动方向(X轴方位)以使所有行的Y向剩余推力和为零、调整推力方向修正系数以使绕Y轴的总力矩为零,求得滑坡的稳定系数、最优滑动方向及推力方向修正系数。该法适用于任意形态滑坡,并可计算得到最优滑动方向。最后对该法进行了工程应用及讨论。     

挡土墙非极限状态主动土压力分布

改进库仑极限平衡理论,用于非极限状态主动土压力的研究,认为挡土墙土压力是由墙后填土在平衡状态下出现的滑动楔体所产生。在该滑动楔体上沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上力的平衡条件,建立挡土墙非极限状态主动土压力基本方程,并结合整个滑楔体的力矩平衡条件,由此得到对应不同内摩擦角、墙土摩擦角和挡土墙位移比的侧土压力系数,将其用于水平微分单元法求解刚性挡土墙平移模式下非极限状态主动土压力,得到挡土墙土压力和合力作用点的理论公式。分析填土内摩擦角、墙土摩擦角和挡土墙位移比对土侧压力系数、土压力强度、土压力合力、土压力合力作用点的影响,并与模型试验数据进行比较。另外,通过探讨位移比对挡土墙倾覆力矩的影响,认为采用极限平衡理论计算平动模式下刚性挡土墙主动非极限状态时的抗倾覆稳定性偏于危险。     

蠕变围岩隧道二次衬砌支护时间的研究

在软弱围岩中,作为主要承载结构和最后一道防水线的二次衬砌的支护时间至关重要[1]。若支护时间过早,衬砌因围岩蠕变的影响将产生较大的变形和所承受的荷载较大,从而出现破坏现象;若支护时间过晚,围岩因蠕变的影响产生较大的位移而失稳,从而引发跨塌等工程事故。因此,对蠕变围岩隧道的二次衬砌支护时间的研究具有重要的工程意义。文章应用蠕变损伤理论,从应变的角度得出二次衬砌合理的的支护时间,对隧道工程的设计、施工具有一定的指导意义。