ABAQUS在计算基坑开挖变形中的应用研究

探讨了商业有限元软件ABAQUS中多孔介质弹性模型与黏土临界状态塑性模型中有关参数的物理含义和基于常规三轴试验及压缩试验成果确定模型中参数值的方法。基于e–lnp′平面中各向等压固结线、回弹线、K0状态压缩线及临界状态线间的相关关系以及修正剑桥模型,推导了K0状态下初始孔隙比与平均主应力的相关关系,并通过子程序嵌入ABAQUS的计算中。采用ABAQUS中多孔弹性模型和临界状态塑性模型相结合的弹塑性本构关系,针对某土钉支护案例的变形进行了计算。分析了支护水平位移以及地面沉降的计算结果的合理性,验证了ABAQUS数值模拟在分析计算基坑开挖变形问题的可行性。     

循环荷载作用下气泡轻质土动强度及预测模型

气泡轻质土为新型回填材料,可能受交通荷载和机器振动等动荷载作用。目前关于动荷载对气泡轻质土强度的影响缺乏统一认识,易造成设计不合理。开展循环荷载作用下气泡轻质土无侧限抗压强度试验,探讨密度、振动频率和循环次数对气泡轻质土动强度的影响。研究结果表明,气泡轻质土在循环荷载作用下动强度明显低于静强度,这可能因为其内部结构在动荷载作用下更易发生破坏。采用基于人工神经网络的机器学习方法建立气泡轻质土动强度预测模型,经模型训练后,预测值与试验数据达到良好的一致性。     

往复载荷作用下超大型载荷板现场试验研究

往复荷载作用下土体既产生弹性变形,同时又产生永久变形,这种累计的永久变形无疑是研究的重点,而关于往复荷载作用下土体变形特性的研究较少,鉴于此,笔者开展了往复载荷作用下超大型基础板沉降现场试验研究,通过对不同位置、不同深度土体中孔隙水压力、分层沉降和侧向位移的连续监测,研究土体中孔隙水压力、分层沉降和侧向位移对往复荷载的响应特征,得出了土体中孔隙水压力的增长和消散,以及分层沉降和侧向位移随载荷变化的规律,为工程设计的应用提供了依据。     

往复移动荷载下超固结软黏土重力模型试验研究

研发了能够进行往复移动荷载下超固结软土地基的室内重力模型试验装置,并基于该试验平台开展了上海浅层超固结饱和软黏土的重力模型试验研究。通过一系列试验,揭示了超固结饱和软黏土地基在往复移动荷载下的累计孔压及累计变形随往复次数及动载幅值的时空演化规律。试验表明,深层土体处的超孔压动力响应明显较浅层的动力响应低,但其动力响应更为迅速。同时,土体在交通荷载行进方向上的动力响应比其他方向上更为强烈,其孔压衰减也最不明显。此外,动载幅值越大,初期的塑性变形和后期的位移增量也明显变大,并且不同水平位置处的差异沉降也越大。     

交通动载下饱和软黏土累计变形的不排水循环扭剪试验

饱和软土地基上长期往复交通动载将诱发显著的路基运营沉降。交通移动荷载下场地应力路径下呈现心形旋转路径,然而现有路基长期运营沉降分析是建立在循环三轴试验基础上,忽略交通移动荷载下地基土单元主应力轴的旋转效应。利用动态空心圆柱扭剪仪模拟心形循环加载路径,并在动态空心圆柱仪上模拟了传统的循环三轴加载路径。对饱和软黏土开展试验研究,对比观察一系列心形循环加载和三轴循环的不排水累计变形行为。试验研究发现,心形循环加载将诱发更大的累计轴向应变和累计孔压,伴随着初始动应力比的增加,二者差异性更为明显。循环加载过程有效动应力比随着循环次数而增大,循环增量破坏时对应的有效动应力比近似为常数。大数目循环加载下,传统塑性安定行为可渐变为循环塑性蠕变状态。     

往复载荷作用下超大型载荷板现场试验研究

往复荷载作用下土体既产生弹性变形,同时又产生永久变形,这种累计的永久变形无疑是研究的重点,而关于往复荷载作用下土体变形特性的研究较少,鉴于此,笔者开展了往复载荷作用下超大型基础板沉降现场试验研究,通过对不同位置、不同深度土体中孔隙水压力、分层沉降和侧向位移的连续监测,研究土体中孔隙水压力、分层沉降和侧向位移对往复荷载的响应特征,得出了土体中孔隙水压力的增长和消散,以及分层沉降和侧向位移随载荷变化的规律,为工程设计的应用提供了依据。     

飞机移动荷载下层状路基应力路径特性研究

为研究飞机移动荷载作用下跑道地基受力特性及土体单元经历的应力路径,采用积分变换和传递矩阵法推导了层状地基各应力分量的半解析解,将道路面层-基层-地基视作多层跑道结构体系,将飞机荷载考虑为作用于跑道上的多个移动轮载的叠加,分析了不同移动轮组荷载组合形式下地基内部土单元的偏应力大小、主应力方向的变化规律,揭示了偏应力路径的基本特性;进一步探讨了跑道不同功能区土单元应力路径的差异性,发现不同功能区域土单元应力路径曲线有显著差异,呈现为全心形-上半心形及下半心形的形态,并开展动态空心扭剪试验观察了三种应力路径下土体累计变形的差异性,从而揭示了跑道差异沉降产生的内在机理。     

飞机移动荷载作用下跑道地基响应范围变化规律

针对目前机场场道工程设计中未考虑飞机移动荷载特性、道面结构及地基土特性与土基影响深度之间关系的状况,基于国际平整度指数IRI的飞机移动荷载计算理论和层状弹性体系理论,构建了考虑道面结构—土基—飞机移动荷载的动力分析模型。系统分析了不同道面结构和不同机型在土基顶面产生的最大附加动应力分布规律,获得了飞机移动过程中最大附加动应力横向影响范围及随深度的变化规律。研究结果为机场场道工程设计及优化提供了理论依据和参考。