考虑偏压作用的基坑抗隆起稳定性上限分析

为了研究偏压荷载对抗隆起稳定性的影响,提出了一种考虑偏压作用的基坑抗隆起稳定性计算方法,将墙后土体沉降变形近似简化为余弦曲线,从而在研究偏压作用对基坑抗隆起稳定性影响时可计入偏压荷载范围和坑边距等因素,同时在极限上限分析法的公式推导中考虑了土体各向异性对基坑抗隆起稳定性的影响。将该方法与HASHASH和WHITTLE提出的波士顿蓝黏土深基坑开挖有限元模型进行对比,通过数值算例研究了挡墙入土深度、基坑深度、土体各向异性、最下一道支撑到坑底距离及偏压荷载等因素对抗隆起安全系数的影响。研究表明:基坑抗隆起稳定性系数随着土体各向异性比的增加而增加,随着最下一道支撑到坑底距离增加而增大,发现偏压作用距离坑边在2倍基坑深度之内对抗隆起安全系数影响较大。最后结合案例分析验证了该方法的有效性。     

盾构穿越复合地层机体振动影响因素研究

盾构法作为城市区间隧道常用的施工方法,具有工期短和自动化程度高等优点,然而当盾构机在城市地层中掘进时,会对隧道及周围土体造成振动影响,甚至会透过建筑基础造成环境振动污染。为了研究盾构掘进时机体振动的主要影响因素,以浙江省杭州市某城市道路改建工程为背景,选取盾构机在软土地层和上软下硬复合地层掘进的典型工况,分析主要施工参数和地层条件等主客观因素对机体振动的影响。研究结果表明：软土地层盾构的机体振速为０．１～１．０ｍｍ／ｓ,上软下硬复合地层的机体振速为０．４～２．５ｍｍ／ｓ,上软下硬复合地层竖向振速峰值有显著的增加趋势;盾构机扭矩和总推力是盾构机振动的主要影响因素。     

地表交通荷载引起邻近浅埋隧道振动评价研究

为研究地表交通荷载引起邻近浅埋隧道振动问题,建立地表移动荷载下三维弹性半空间中隧道振动分析模型。隧道衬砌模拟为中空圆柱体,隧道周围土体模拟为含有圆柱形空腔的黏弹性半空间。地表车辆荷载简化为4个均布矩形荷载,矩形荷载可以分解为关于隧道轴线正对称和反对称2种荷载分量。含有圆柱形孔洞的地基中位移场分解为下行平面波引起的位移场和外行圆柱波引起的位移场,通过波场转换可对地表和衬砌–土体接触处的边界条件进行描述,在频域中获得控制方程基本解,然后利用快速Fourier变换获得时域结果求得。地表车辆荷载下邻近隧道的振动响应可由正对称和反对称荷载工况下的结果叠加得到。计算结果表明:隧道两侧车辆荷载在隧道处引起径向动应力最大值分布在以竖向为中心的-45°～45°范围;增加隧道埋深或车辆距隧道的水平距离,可显著减小隧道的振动速度响应和应力响应;一定隧道埋深下,车辆荷载与浅埋隧道的水平距离达到最小安全距离时隧道振动可以满足相关振动规范的要求,且该安全距离跟车辆速度在研究范围内呈线性关系。     

地铁车辆段上盖建筑道砟垫减振机理与效果

为了分析道砟垫对上盖建筑的减振效果,对杭州市某地铁车辆段咽喉区、试车线碎石道床(含道砟垫)轨道和上盖建筑振动响应进行现场测试.考虑桩与土体的相互作用,建立列车-轨道-土体-桩-上盖建筑三维全耦合动力学模型,揭示了车辆段列车引起上盖建筑振动传播的规律以及道砟垫对上盖建筑减振的机理,分析不同车速下道砟垫刚度对减振效果的影响.结果发现,上盖建筑底层振动主频为40～80 Hz,高频成分随着层高衰减明显;建筑顶层振动主频为20～40 Hz,低频成分随着层高有增大的趋势.道砟垫对上盖建筑的减振效果随着频率的增大呈整体改善的趋势,40 Hz以上的频段,结构最大插入损失可达7～12 dB.车速越高,道砟垫刚度越小,道砟垫对上盖建筑的减振效果越好.综合考虑道砟垫压缩量和减振效果,建议道砟垫刚度取值为0.012～0.024 N/mm³.     

正弦荷载和列车荷载下地铁环境振动减振措施数值模拟研究

对地铁列车运行引起的环境振动以及减振措施进行研究,首先,应用 ＡＢＡＱＵＳ数值分析软件,建立有限元－无限元隧道－土耦合模型;然后,在模型中采用单位正弦荷载进行激励,分析地表不同位置的振动加速度幅值;最后,比较了地铁隧道空沟及填充沟在不同列车荷载激振频率、隔振沟 沟深、距离和填充材料等情况下的隔振效果。模拟实验结果表明：空沟的深度对隔振效果的影响很大,深度越深隔振效果越好;对于高频荷载,振动在土体衰减变快,空沟到振源的距离对隔振效果的影响不大;对于低频荷载,空沟到振源的距离增加后隔振效果明显;填充沟的填充材料刚度是影响隔振效果的关键因素,隔振材料刚度越小,其隔振性能越好。同时对实际地铁荷载进行分析,利用实测钢轨加速度获得轮轨间动力作用力,将其施加至有限元模型中,从时域和频域两个角度对比分 析了填充沟的减振效果,验证了填充沟减振措施在实际工程中的适用性。     

根系种类和含根量对土体强度及边坡稳定性影响

为研究边坡表层根土复合体对边坡稳定性的影响,通过室内三轴试验研究了重塑草根加筋土强度特征。选择３种常见的植物根系,分析根系种类和含根量对土体强度的影响,并基于三轴试验结果建立考虑草根加筋作用的边坡有限元分析模型,研究不同植物根系种类和含根量对边坡稳定的影响。试验结果表明：根土复合体试样应力—应变关系呈应变硬化型,随着试样含根量的增加,试样破坏应力显著上升;草根的存在虽对土体内摩擦力影响较小,但可显著提高土体黏聚力;根系配比对根土复合体强度加固效果有重要影响。数值模拟结果表明：表层根土复合体的存在可以延缓边坡表面水平位移的发展,延缓边坡进入塑性的趋势,有利于增强边坡的稳定性。     

地表移动荷载对既有地下隧洞动力影响解析研究

为获得地表移动荷载对地下隧洞的动力影响,首次给出了地表移动荷载作用下半空间隧洞动力响应解析解。地表移动荷载采用移动简谐荷载模拟,含隧洞半空间地基通过各向同性弹性介质模拟。基于弹性地基控制方程在直角坐标系和柱坐标系下基本解及平面与柱面波函数波形转换,结合地基表面和隧洞柱面施加边界条件,在频域中求得移动荷载下半空间弹性地基与隧洞解析解答,并结合快速Fourier逆变换求得隧洞时域动力响应。利用本解析模型,可计算获得地面移动荷载引起的地下隧洞振动影响,通过与已有研究对比,对本模型正确性进行验证。计算分析了不同荷载移动速度与隧洞埋深下,隧洞表面位移、加速度和地基中动应力响应。研究表明,随着荷载移动速度增加,隧道拱顶地基中动应力与振动加速度均显著增加。地基中动应力随隧道埋深增加迅速衰减,隧洞加速度随埋深衰减相对较慢,但当隧洞埋深超过某一临界深度时,隧洞振动可低于我国规范规定限值。在低速范围,隧洞临界深度随荷载速度线性增加,但当荷载速度超过一定值,隧洞临界深度随着荷载速度呈指数型增长。     

桩-筒组合基础水平受荷性能数值模拟研究

针对海洋风机新型基础形式--大直径单桩-筒体组合基础,在ABAQUS中建立了不同桩径/筒径组合的桩-筒基础有限元分析模型,分析了筒体对大直径单桩水平承载性能的提升效果。研究结果表明:桩-筒组合基础中,提供水平承载力的主要部件是筒体;相较于筒高,筒径对桩-筒组合基础水平承载能力影响更大。基于有限元模拟结果对API规范推荐的单桩p-y曲线进行了修正,获得了适用于桩-筒组合基础的p-y曲线。     

波函数法在成层半空间圆形隧道动力响应分析中的应用

采用波函数法给出移动点源作用下成层半空间中圆形衬砌隧道动力响应的解析闭合解,其中圆形衬砌隧道模拟为中空圆柱体,隧道周围土体模拟为含有圆形孔洞的半空间,衬砌结构和土体均为黏弹性介质。带有圆柱形孔洞的半空间中总波场由外行的柱面波和下行的平面波构成,圆形衬砌隧道中的总波场可由奇异的柱面波和非奇异的柱面波获得,采用完整形式的矢量平面波函数和柱面波函数可对上述各种波形进行精确描述。由于半空间隧道模型地表的边界条件在直角坐标系中描述,土层与衬砌接触界面上的边界条件在柱坐标中描述,需要利用平面波和柱面波矢量波函数间的变换特性解决上述坐标不匹配问题,并最终通过施加地表和隧道-土体界面处的位移、应力边界条件完成整个模型的解析求解。该解析解可为地铁列车环境振动问题提供一套高效准确的分析方法,并可作为其他数值方法的基准解。数值计算结果表明:荷载速度、激振频率和土体成层性等因素对地表动力响应影响显著,随着地下水位的升高地表振动响应显著降低。     

地铁列车荷载作用下轨道系统及饱和土体动力响应分析

 为研究地铁列车运行引起的轨道系统及饱和土体动力响应问题,建立了地铁列车–轨道结构–衬砌–饱和土体耦合分析模型,其中列车荷载用一系列符合列车几何尺寸的移动常荷载或移动简谐荷载模拟,轨道结构中的钢轨和浮置板简化为无限长弹性Euler梁。基于弹性理论和Biot多孔介质理论,采用2.5维有限元法分别模拟衬砌和饱和土体,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现浮置板轨道系统与衬砌及周围饱和土体的耦合,并通过快速Fourier逆变换(IFFT)进行波数展开获得三维时域–空间域内的动力响应。研究结果表明,随着常荷载移动速度和移动简谐荷载自振频率的提高,地表振动水平显著增大;移动常荷载产生的地表响应最大值在荷载正上方,其空间衰减率保持恒定;移动简谐荷载产生的地基振动大于移动常荷载产生的地基振动,响应最大值在列车运行线路两侧一定范围内;在移动简谐荷载作用下,钢轨速度谱与地表速度谱分布在以简谐荷载自振频率为中心的一段范围内。