基于矢量和法的边坡三维极限平衡稳定分析法

对于具有复杂几何特征的边坡问题, 用二维极限平衡理论难以得到与实际相应的分析结果.基于矢量和法安全系数定义,提出了能满足所有条柱3个力的平衡和滑坡体3个整体力矩平衡的严格通用极限平衡分析法.通过侧向剪力系数和侧向剪力分布函数对条间力进行假定,考虑所有条间剪力对安全系数的影响.利用滑体力的平衡条件和边界条件分别得到条柱各行和各列的安全系数,再利用滑体整体力矩平衡条件确定侧向剪力系数.将条柱底面剪力矢量和的反方向作为潜在滑动方向,通过抗滑力和滑动力在其上的投影之和之比确定整个坡体的矢量和安全系数.典型算例验证了方法的合理性,计算结果表明,完全考虑条间力作用将提高边坡的稳定安全系数.     

着陆器足垫冲击模拟月壤的数值分析

针对竖向着陆冲击过程,开展大量的模拟月壤室内单元体试验,探讨模拟月壤材料参数的确定方法和取值范围.将着陆器按月地相似比尺简化为冲击筒体,建立着陆器足垫垂直冲击模拟月壤三维动力有限元模型,模拟分析在冲击荷载作用下的足垫轴力、速度和位移的实时动力响应,与室内模型试验结果进行对比,验证了该模型的合理性. 计算表明：场地塑性区域呈形状变化的椭球,影响主要分布在2.0～3.0倍最大足垫直径深度范围内,撞击变形呈盆底形,速度响应滞后于轴力,位移响应滞后于速度.     

地铁车站地震破坏离心机振动台模型试验研究

为揭示地下结构地震破坏机理,采用离心机振动台试验模拟地铁车站地震破坏过程.试验利用低强度微粒混凝土和钢丝制作了1∶50的单层双跨地铁车站模型;采用砂雨法制备了相对密实度为45%的地基模型并用硅油对其饱和;研制了适用于不同尺寸地基模型的真空饱和装置;监测了在离心加速过程中和峰值加速度分别为0.08g和0.20g的宁河波作用下地下结构及其周围土体的响应.试验结果表明：在车站结构和上覆土体自重作用下,车站立柱承受较大的轴向压力;在弱震（0.08g）作用下,结构附近土体超静孔隙水压力消散明显快于同深度其他位置土体;在强震（0.2g）作用下,3根立柱柱底发生破坏,是整个车站结构的薄弱点,车站侧墙与底板交界处出现明显裂缝.     

一种新的拱坝形状优化方法

虚拟层合单元可以应用于结构的形状优化。这一单元的主要思想在于引入了弹性模量等于零即无实际材料的虚拟层,基于这一特点,单元内层的厚度被取作设计变量,而决定外部边界的单元节点坐标在优化过程中却始终保持不变。于是,有限元网格只在优化初始生成一次,优化过程无需改变原始数据,由此避免了通常形状优化方法所需要的单元网格重新划分。拱坝形状优化过程中利用有限元法作为结构分析方法,而不是通常的拱梁分载法。1型拱坝的算例说明了这一方法的有效性和实用性。     

液化判别应力折减系数分布特征研究

基于FLAC3D软件对饱和砂土离心机振动台模型试验进行数值标定,以获取合理的分析模型,然后采用数值模拟分析不同地震波和简谐波下模型地基内部应力折减系数rd的分布规律。研究表明,已有经验公式能较好地描述土体未液化时应力折减系数的分布形式,但土体液化后土层剪应力分布与经验公式预测值存在显著差别。地震动作用的作用时间对折减系数也有较大影响,其中,孔隙水压力增长水平和土体软化程度是重要影响因素。而地震动频率对rd的影响则主要与场地卓越频率相关,地震动频率越接近场地卓越频率,rd沿土层深度的变化越剧烈。因此,液化评价中采用Seed-Idriss简化公式估算CSR时,需要综合考虑地震动特征和场地条件对rd分布的影响。     

离心超重力环境下流体中物体浮力与运动

为了表征离心超重力环境下物体在流体中的运动规律,基于旋转非惯性系,考虑吊篮摆动遗留角的影响,推导由地球常重力和离心超重力共同产生的试验超重力场的重力势、静止流体压力及流体中物体承受流体浮力的表达式.基于Newton第二定律建立离心模型试验中静止流体内物体运动的控制方程,编制并验证了数值求解程序.流体中圆球运动的数值分析结果表明,当离心加速度较大时,吊篮摆动遗留角的影响可以忽略.试验超重力等势面是以离心机主轴为轴线的旋转抛物面,随着离心加速度的增大,等势面形态受地球重力的影响逐渐减小,趋于圆柱面.物体在流体中所受的浮力具有向心性和非均匀性.物体在流体中运动时,科氏力的影响不可忽略.     

饱和地基二维动力Biot固结分析

根据Biot平面动力固结方程,运用积分变换的方法,建立了周期荷载作用下单层地基的二维Biot动力固结的函数表达式。根据下边界为不透水基岩的边界条件,获得了地基表面作用周期荷载时地基内任意点应力(包括孔压)、位移(包括流体流量)的一般积分形式解。根据算例,研究了在周期荷载作用下,地基中的超静孔隙水压力、位移的幅值随动力渗透系数变化的一般规律。     

桩土均质化横观各向同性模型理论研究

在应变协调的假定基础上,将桩土地基进行均质化,结合横观各向同性材料的本构方程,给出均质化后复合地基弹性模量以及泊松比的求解方法。通过与有限元方法计算结果的对比,验证本方法的正确性。最后将该方法运用于一大型深基坑工程的坑底隆起问题分析,并分析工程桩对坑底回弹和围护结构变形的影响。通过与实测结果比较表明,本方法能很好地反映工程桩对坑底回弹和围护结构变形的影响,同时大大简化建模工作量与计算量。     

基于黏聚区域模型的边坡渐进破坏过程强化有限元分析

剪切带非连续变形描述及剪切带扩展过程模拟是边坡渐进破坏过程分析的关键,基于黏聚区域模型及强化有限单元法提出一种剪切带渐进扩展过程模拟的有限元分析方法。首先,将剪切带两侧相对变形分解成分别由常规应变和附加应变确定的相对位移,提出具有弱非连续变形特征的剪切带变形等效强非连续变形描述方法,并采用黏聚区域模型表征剪切带应力和附加相对位移间的软化本构关系。其次,基于强化有限单元法描述强非连续变形,并构造相应的无厚度剪切带单元。在此基础上,提出剪切带渐进扩展模拟的有限元算法。算例表明,此方法不仅能够很好地模拟剪切带的应变软化特性,而且有效地克服了常规剪切带模拟具有的网格敏感性问题。     

地震作用下堆积体边坡振动台模型试验及抛出现象分析

国道213线都江堰-汶川段普遍发育着堆积体边坡。在“5.12汶川地震”中,此类边坡更易发生滑坡灾害,并伴有独特的山石抛出现象。结合堆积体边坡实例进行振动台模型试验,研究堆积体边坡在多次地震作用下结构损伤累积并最终发生失稳的特征及边坡破坏模式。试验结果表明：堆积体边坡中上覆堆积体与下部基岩存在动力响应差异,边坡滑坡形式不同于静力失稳,表现为裂缝一旦出现便迅速扩展,边坡坡肩处部分小块体在水平和垂直向动力耦合作用下与原结构脱离抛出,这与汶川地震后边坡调研中发现的抛出现象一致。分析了模型边坡块体抛出现象与裂纹形成角度的关系,只有当裂纹角度和竖向加速度组合满足一定的触发条件时,才可能出现抛出现象。