微生物处理砂土不排水循环三轴剪切CFD-DEM模拟

微生物诱导碳酸钙沉积是一种新型的地基处理技术,处理后的土体可以看成一种结构性土。首先,在已有三维含颗粒抗转动和抗扭转模型及三维胶结破坏准则的基础上,通过考虑颗粒碰撞接触过程中颗粒本身的塑性变形及率相关性的接触黏滞阻尼,建立考虑循环荷载作用下的三维胶结模型;然后,参考已有研究,建立了反硝化反应在加固砂土中的时效性关系。并引入CFD-DEM耦合程序,用以模拟分析不同胶结含量以及不同气泡含量下,微生物处理砂土在固结不排水循环剪切试验中的力学特性;最后,从宏微观角度分析生物胶结与生物气泡对砂土抗液化性能的影响及其作用机理。研究表明,胶结和气泡共同存在对抗液化能力的提升并没有起到“1+1=2”的效果;胶结的存在提高了非饱和砂土的抗液化能力,明显抑制孔压比和轴向应变的发展,力学配位数得到了提升;而气泡的存在却降低了胶结砂土的抗液化能力,使得胶结砂土达到初始液化的振次减少,轴向应变向受拉方向大幅增长,力学配位数下降明显。     

位移反分析法在排水预压处理软基中的应用

介绍了在上海某深淤泥港口地基处理中,采用排水板一堆载预压施工方法,根据施工监测资料采用比奥固结非线性有限元法反演地基土的力学参数,以确定能综合反映当时地基状况的参数,并用此参数分析预测场地的后期沉降,为优化施工方案,合理安排工期提供可靠依据。并通过工程实例验证了该方法的可靠性。     

诱导缝防水体系在水化热作用下的数值模拟研究

钢筋混凝土结构有效的防水设计是大型盾构隧道明挖段的重点。以珠海三通道南线工程为背景,分析混凝土等效龄期水化热的温度作用,建立三维模型,应用扩展有限单元法(XFEM)对比分析在考虑热力耦合条件下的新型反应性丁基橡胶钢板止水带和传统钢板止水带对于裂缝扩展的影响,评估不同防水体系的工作状态。结果表明:新型反应性丁基橡胶钢板止水带对于裂缝扩展的控制效果优于传统钢板止水带,考虑温度变化的作用后,结构裂缝开展宽度有明显增大,但随着结构受力逐渐趋于平衡,裂缝扩展也趋于稳定。此外,针对不同截面部分损失率下的裂缝扩展情况进行分析,裂缝开展的宽度均随着截面部分损失率的增大而增大,因此在考虑防水效果的基础上,需控制因埋设防水部材而造成的截面部分损失率。     

盾构接收中钢套筒的受力变形特性与实测分析

富水砂性地层中在盾构接收时极易发生涌水、涌砂等事故,是盾构施工过程中的重大风险源之一。以上海轨道交通11号线龙华路站钢套筒接收工法盾构接收的工程实践为依托,首先采用数值模拟对钢套筒在盾构接收施工期间的受力和变形规律进行了分析,然后通过钢套筒变形和防汛墙沉降的现场实测数据验证了钢套筒接收工法的可行性。结果表明,盾构推进使钢套筒结构的最大拉应力由后端板逐渐发展为筒体与地连墙连接部位的底部,筒体结构的环向应力为纵向应力的2~7倍、腰部以下的环向轴力增长明显、腰部累计变形将近10 mm,筒体底部的纵向应力增长明显、腰部的纵向弯矩变化明显。盾构推进导致筒体结构的底部外张、腰部内凹,筒体的径向变形由横鸭蛋变为竖鸭蛋并最终变为8字形,椭圆度达到3‰,但是盾构推进对后端板的应力和位移变化均不明显。筒体与地连墙间的接缝、钢套筒分块间的腰部接缝和底部接缝均是盾构接收中钢套筒结构受力和变形的薄弱部位。盾构完全进入钢套筒后,钢套筒结构的受力和变形最为不利。工程实测表明,采用钢套筒接收工法进行盾构接收安全、可行,但在工程实践中应重视腰部、底部和后端板位移实测数据的大的波动,规范施工操作并加强监控。     

基于总应力法的静压桩极限承载力时效性研究

考虑天然饱和黏土的应力历史和初始应力各向异性,推导得出了静压沉桩过程和再固结过程中静压桩周土体应力状态的变化规律。在此基础上,根据静压桩承载时桩侧土体应力状态与单剪试验及三轴试验中土体应力状态之间的相关性,基于总应力法推导了天然饱和黏土地层中静压桩时变承载力的解析解,提出了桩侧和桩端承载系数的理论计算方法。采用离心模型试验对本文解答进行验证,研究了沉桩结束后静压桩承载力随再固结时间的变化规律,分析了土体原位力学特性与静压桩承载系数之间的关系。研究结果表明,沉桩结束后静压桩承载力的增长主要是由于桩侧承载力的增长,而且静压桩承载力在沉桩结束后较短时间内增加的幅度较大,随后增长幅度变缓并趋于稳定;土体超固结比和静止侧压力系数越大,沉桩结束后承载力增长速率越快,但桩侧和桩端承载系数均随土体超固结比和静止侧压力系数的增大而减小。     

冲刷作用下层状横观各向同性土中群桩水平振动响应

采用有限元(FEM)与间接边界元(BEM)耦合法,求解冲刷作用下层状横观各向同性地基中高承台群桩的水平振动响应。采用三节点梁单元对群桩进行离散;然后,基于层状横观地基频域内的解答,以及考虑桩–桩相互作用,建立了地基积分方程;再通过对积分方程离散和数值求解,得到地基的柔度矩阵;根据桩土之间的协调条件,推导出群桩与地基共同作用的方程;通过引入各基桩桩顶的边界条件,获得共同作用方程的解答。最后,通过相关数值算例,验证本文理论及结果的正确性,并讨论冲刷深度对群桩水平振动响应的影响。     

复合式重力坝支护结构的两阶段附加弯矩法

复合式重力坝基坑支护结构是介于重力式水泥土坝和排桩两种围护形式之间的一种复合支护形式。由于这种复合支护结构内部受力关系复杂,除有限元法外尚未有较好的变形计算方法。在弹性支点法的基础上,提出了一种考虑空间效应的两阶段迭代计算方法。该方法第一阶段按常规弹性支点法计算,第二阶段在第一阶段得到的变形曲线基础上,将内插加筋体摩擦力产生的附加弯矩叠加到围护体的受力与变形计算中。最后结合工程实例的实测结果对该方法进行了对比验证。     

路堤荷载下土工织物散体桩复合地基离心模型试验

进行了2组不同筋材刚度土工织物散体桩复合地基路堤离心模型试验,和1组碎石桩复合地基路堤的对比试验,以研究其在真实应力条件下的性状及稳定性。研究结果表明:随着筋材刚度的增大,地基中的超孔隙水压力略有减小,桩顶和桩间土沉降明显减小,而桩顶和桩间土之间的差异沉降明显增大;桩土应力比随筋材刚度的增大先增长明显,而后趋于缓慢;当筋材刚度较低或上覆荷载很大时,土工织物散体桩可发生显著的弯曲变形而引起较大的沉降,碎石桩则在软土中容易发生鼓胀变形而引起很大的沉降,但两者均未在复合地基中形成剪切滑移的趋势。     

考虑半渗透边界的隧道周围超孔隙水压力消散解

通过引入衬砌半渗透边界条件,将Terzaghi-Rendulic固结理论和Burgers黏弹性模型相结合建立土体固结-流变耦合模型,采用复变函数解法推导出求解黏弹性介质中半透水隧道周围超孔隙水压力的消散表达式,并以上海地铁二号线某区间隧道为工程背景分析了不同衬砌透水程度对隧道周围超孔隙水压力消散与分布的影响规律。研究发现,随着衬砌与土体相对渗透系数的增大,隧道外壁处超孔隙水压力的消散速度不断增快;隧道周围土体距离衬砌外壁越远,其初始超孔隙水压力越小,土体的超孔隙水压力消散速度也越慢。     

低重力环境下静力触探贯入机理离散元分析

采用离散元法对月面及地面跨度范围内重力场环境（1/6g,1/2,1g）下静力触探机理进行了分析,以弄清地面试验与月面试验的区别。模拟结果表明：①同一相对贯入深度处,重力加速度越小,贯入阻力越小,归一化贯入阻力越大;②土体变形形式由隆起变形向竖向压缩变形的转化深度随重力加速度的增加而减小;③同一相对贯入深度处,随重力加速度的增加,特征点的竖向隆起位移减小,竖向压缩位移增大,对应土体颗粒的侧向位移也越大;④重力加速度越小,相同相对位置处土体的加卸载现象越明显;⑤重力加速度越大对应相同相对贯入深度处的土体破坏范围愈大。