安定荷载上限近似解的数值分析方法及其应用

弹塑性结构在变值荷载作用下具有交变塑性和增量破坏两种可能的破坏型式,安定性分析就是要确定荷载变动的最大范围。确定安定荷载上限的机动型安定性定理之关键在于构造运动许可的塑性应变增量场,而在实际问题求解中这一数值实施过程往往是很困难的。为此,nigoK&&放松了经典机动安定定理的某些条件,分别得到了在不发生交变塑性变形意义上的安定准则和在不发生累积塑性变形意义上的安定准则。本文以此为基础分别构造了相应的上限数值求解格式。并将其应用到土工安定性分析中,对海洋平台地基的安定性问题进行了数值分析。     

围岩中原始垂直地应力对圆形隧洞全长注浆 岩石锚杆应力分布模式的影响分析

 通过分析原始垂直地应力对圆形地下洞室塑性区半径、围岩体塑性区和弹性区内岩体的位移变化以及对锚杆应力分布的影响,揭示原始垂直地应力对锚杆锚固效果的影响。研究结果表明,弹性区内任一点的应力大小与垂直地应力有关,而塑性区内任一点的应力与原始垂直地应力无关;随着垂直地应力的增大,巷道塑性区半径也在不断增大,二者之间呈明显的非线性关系;塑性区的径向位移及隧洞壁的最大位移也随之增大。同时,根据围岩与锚杆的相互作用,建立全长注浆岩石锚杆在圆形隧洞围岩中的应力分布解析本构方程。在此解析模型的基础上,对不同垂直地应力作用下锚杆的应力分布模式进行较详细分析,得出随着垂直地应力增大,锚杆的摩阻力和轴向载荷也随之增大,并且锚杆端部的应力集中现象更加明显,当锚杆端部的摩阻力超过围岩的容许抗剪强度时,则锚杆与围岩发生开裂破坏,故在设计与施工中应予以考虑。最后,提出提高和改善由于锚头开裂导致锚固效果降低的方法,对全长注浆岩石锚杆施加垫板,能有效改善锚杆的锚固效果。     

考虑初始各向异性的砂土弹塑性本构模型及试验验证

基于复杂应力条件下的试验结果,就针对不同主应力方向对应力–应变关系的影响进行了试验研究,并在此基础上结合状态概念提出了基于应力–剪胀关系和应力–应变拟双曲线关系的弹塑性本构模型。利用应力–应变拟双曲线关系描述了主应力方向对有效应力路径、应力–应变发展模式的影响,并通过常规三轴试验测定了试验参数,同时与试验结果进行对比,说明基于状态概念,引入状态参数,利用主应力方向对塑性模量的影响,能够同时描述初始物理状态及初始各向异性对砂土应力–应变关系的影响。     

基坑开挖对邻近桩筏基础特性影响的数值分析

采用无限元边界模拟地基半空间特征以避免"静力边界效应",同时考虑体系界面的非连续接触特性和地基土的弹塑性本构特性,通过建立桩筏基础-地基-弹性支撑构成的有限元数值模型进行了基坑开挖共同作用体系弹塑性数值分析,计算结果表明:邻近基坑开挖引起地基应力和筏板基础沉降分布向基坑方向调整.并且其分布的非对称性随着开挖深度的增加逐渐显著;与筏板基础沉降和地基土内力分布调整特征方向相反.在基坑开挖过程中桩基础承载中心向远离基坑方向调整,体现了桩基础对筏板起到补偿作用;当由筏板基础主导开挖引起的桩筏体系承栽变化时,桩项总反力和与其相关的桩-土荷载分担比在开挖过程中呈现非单调变化趋势.     

考虑固结影响的桩筏-地基共同作用弹塑性分析

为深入探讨桩筏基础的工作机理及其与地基的共同作用效应,应用Biot固结理论与有限元法,对于地基土采用基于Mohr-Coulomb破坏准则的理想弹塑性模型,对桩筏基础与地基共同作用问题进行了弹塑性耦合固结有限元数值分析.计算表明地基固结作用对桩筏基础-地基共同作用体系的受力变形特性具有显著的影响,桩筏基础的受力变形特性的时间变化特征依赖于下卧土层中超孔隙水压力的变化特征和桩基长度等基础特性,并随着时间的发展而最终达到稳定状态.因此,在桩筏基础上结构的工程设计中应合理地考虑地基固结效应.     

层状粘弹性地基动力响应的样条半解析法

提出应用样条半解析法求解层状粘弹性地基的动力响应。首先将位移函数表示为一次样条函数与Fourier级数的乘积形式 ,并使其满足无穷远处的边界条件 ,根据复阻尼理论的拉格朗日方程 ,使问题归结为求解若干次低阶复代数方程。在此基础上求解了落锤式弯沉仪 (FWD)所记录的荷载作用下的层状粘弹性地基动力响应。数值结果表明 ,该方法具有较高的精度。从而为落锤式弯沉仪 (FWD)检测路面提供了理论基础。     

海洋平台地基的极限分析与安定性分析

应用以Melan静力型安定定理为基础的弹塑性有限元数值方法，对海洋平台地基进行了变值加载条件下的安定性分析，同时，为便于比较，进行了静力极限分析。通过对海洋平台地基在各种荷载分量共同作用下的安定性分析，得到了地基在不同荷载组合模式下的安定荷载包络图。由此根据海洋结构上外载的可能变化模式可以确定地基的最可能失稳形式，从而评价复杂变值荷载作用下地基的稳定性。     

块体理论在荒沟抽水蓄能电站地下厂房系统硐室群围岩稳定性分析中的应用

荒沟水电站地下硐室群开挖区围岩裂隙较发育,因此确定硐室群开挖面上可能产生的块体及其稳定性对工程施工意义重大。综合考虑荒沟水电站地下硐室群地质条件及其裂隙较多的特点,采用适合于裂隙岩体稳定性分析的块体理论,对其围岩稳定性进行分析。由于需考虑的裂隙多而导致计算量较大,因此分析方法采用可实现程序化的矢量分析法,依据其原理并结合地下硐室三维坐标体系,应用大型数值软件MATLAB编制计算程序。该程序通过输入结构面产状、测点坐标等工程数据,依次分析各关键块体,得到其顶点坐标、体积、稳定系数等相关信息,再利用CAD展示关键块体在三维空间中的位置和几何形态,从而为地下硐室群的开挖施工提供指导。     

波浪引起的海底管线周围海床动力响应分析

在目前的海床-管线相互作用问题研究中,管线与海床交界面一般假定为不可滑动,没有考虑海床-管线接触效应,同时也没有考虑土体和管线加速度效应对海床动力响应的惯性影响,同工程实际情况存在较大差异.为此,分别基于Biot动力固结理论和弹性动力学理论列出海床和海底管线的控制方程,进而根据摩擦接触理论考虑海床与管线之间的相互作用效应,建立海床-管线相互作用的有限元计算模型.根据计算发现,海床-管线接触效应对管线附近海床中的有效应力影响显著,不同的管沟形状对海床中由波浪所引起的超静孔隙水压力及有效应力影响显著.     

土工格栅加筋挡土墙工作性能的非线性有限元数值分析

针对土工格栅加筋挡土墙发展了有限元数值分析方法,依此对某一足尺试验墙进行具体的有限元数值计算,将计算结果与试验实测结果进行了对比分析,验证了加筋挡土墙结构应力与变形有限元分析的可靠性,进而通过变动填土的强度特性和刚度特性以及加筋的刚度、长度和间距等参数,进行了数值计算,通过对比分析探讨了填土及加筋对土工格栅加筋挡土墙工作性能的影响程度,为加筋挡土墙的设计提供了参考依据。