珊瑚礁砂参数变异性对管桩基础承载特性影响研究

为研究岩土工程随机有限元分析过程中珊瑚礁砂参数变异性对管桩基础模拟结果的影响,设计了两种不同的随机场单元分布形式,利用Plaxis3D有限元软件进行随机有限元建模,进而分析了模型模拟得到的珊瑚礁砂土体最大、最小土应力分布,土体位移云图,管桩荷载-位移曲线以及桩基础的极限承载力,并将极限承载力与室内模型箱的试验结果数据进行了对比。结果表明,在随机有限元模拟的过程中,当土体参数变异系数较小时,可以通过减少采样样本来提升模拟的效率。在受力较集中的部分,增大土体参数空间分布的变异性,可以提高模型建立的准确度。对珊瑚礁砂参数变异性不同的两种随机场模型极限承载力与试验极限承载力进行误差分析,桩-土接触区域土体参数变异性较大模型的误差值比变异性较小的减小了近12%。     

有限元法在砌体结构分析中的应用

目的 研究有限元法在空间砌体结构分析中应用的可行性。并提出模拟砌体带裂缝损伤状态的有限元建模及分析方法．方法 进行砌体结构模型拟静力试验及脉动测试．并采用等效体积单元法对空间砌体结构模型进行有限元分析．在对有限元模型的优化更新研究中，以损伤状态下的识别刚度作为目标函数。根据结构位移、抗侧移刚度及外荷载三者的内在关系，通过调整弹性模量优化有限元模型来模拟砌体带裂缝工作状态，并对比拟静力试验及动态测试识别结果进行理论分析．结果 利用所提出的有限元建模及分析方法很好地模拟了砌体结构完好及带裂缝损伤状态下的工作特性．有限元模型计算分析结果与实测值具有良好的一致性．结论 采用等效体积单元（RVE）可以准确模拟空间砌体结构的材料特性．利用动态测试数据结合反演理论进行结构模型的优化更新方法可有效模拟砌体结构的带裂缝工作状态，并有效地考虑砌体材料的离散性问题。     

利用角钢塑性耗能的自复位梁柱连接节点抗震性能研究

详细地介绍了利用ANSYS有限元软件对预应力自复位节点进行模拟分析的方法和步骤。建模时考虑了几何非线性、材料非线性,采用多线性随动强化的本构模型。梁、柱、螺栓、加强板、垫板都用SOLID45建立模型,采用LINK10模拟钢绞线。在建模和分析过程中充分考虑了接触摩擦和预应力,接触对用CONTACT174单元来定义,采用预应力单元PRETS179来模拟施加螺栓、钢绞线的预应力。将有限元模拟曲线和试验曲线进行对比分析发现,二者吻合较好,表明利用ANSYS有限元程序能够较真实地模拟自复位梁柱连接节点在循环荷载作用下的受力性能。     

流变理论在深基坑开挖中的应用研究

以河南某地灰粘土的室内流变试验的试验结果为例,介绍了利用土体的流变曲线确定其流变本构模型和模型参数的过程;对土体的粘弹塑性流变问题进行了有限元分析;编制了考虑土的流变特性的深基坑支护桩有限元计算程序,进行了实例计算,对计算结果进行了分析,并与实测值进行了对比;结果表明,实测值与考虑流变时的理论计算值比较吻合.     

流变理论在深基坑开挖中的应用探讨

以河南某地灰粘土的室内流变试验的试验结果为例 ,介绍了利用土体的流变曲线确定其流变本构模型和模型参数的过程 ;对土体的粘弹塑性流变问题进行了有限元分析 ;编制了考虑土的流变特性的深基坑支护桩有限元计算程序 ,进行了实例计算 ,对计算结果进行了分析 ,并与实测值进行了对比 ;结果表明 :实测值与考虑流变时的理论计算值比较吻合     

玻璃幕墙结构力学性能试验分析与数值模拟

结合工程实例对玻璃幕墙结构进行了风压变形性能试验研究,建立了风荷载作用下幕墙结构的整体有限元模型,并进行了数值模拟计算。通过对试验与有限元模拟结果的分析比较可以看出,该整体有限元模型主要受力杆件面法线方向最大挠度值的数值模拟结果与实验基本吻合,并在规范规定的容许值范围内。但试验结果在立柱下端节点处呈现明显的非线性变化,数值模拟结果与试验结果差别较大。本文根据弯矩—曲率(M—θ)关系,采用弹性杆来模拟立柱两端梁柱节点处的半刚性状态。数值结果表明,这种半刚性模型比较符合实际情况,计算值与试验值吻合较好,为幕墙结构力学分析提供了一种新的建模方法。     

玻璃幕墙结构力学性能试验分析与数值模拟

结合工程实例对玻璃幕墙结构进行了风压变形性能试验研究，建立了风荷载作用下幕墙结构的整体有限元模型，并进行了数值模拟计算。通过对试验与有限元模拟结果的分析比较可以看出，该整体有限元模型主要受力杆件面法线方向最大挠度值的数值模拟结果与实验基本吻合，并在规范规定的容许值范围内。但试验结果在立柱下端节点处呈现明显的非线性变化，数值模拟结果与试验结果差别较大。本文根据弯矩一曲率（M-θ）关系，采用弹性杆来模拟立柱两端梁柱节点处的半刚性状态。数值结果表明，这种半刚性模型比较符合实际情况，计算值与试验值吻合较好，为幕墙结构力学分析提供了一种新的建模方法。     

考虑桩-土-结构相互作用的输电塔风振响应分析

运用ABAQUS软件分别建立四类场地土体条件下考虑桩-土-结构相互作用(简称PSSI)的整体有限元模型和基础固支的输电塔三维有限元模型,并通过在桩和土体交界面上设置主从接触面来考虑桩-土-结构相互作用效应,然后基于线性滤波法模拟输电塔结构脉动风,进行了输电塔结构模态分析和风振响应分析,最后计算输电塔的风振系数。结果表明:考虑PSSI效应后输电塔自振周期随土体柔度增大而增大,塔身主要节点位移最大增至2.8倍,主要控制点加速度与应力有不同程度的减小,Ⅰ类场地土体条件下风振系数有明显增大。研究认为,考虑PSSI效应可以更准确地分析输电塔的风振响应。     

再生混凝土低矮剪力墙抗震性能有限元分析

基于再生混凝土低矮剪力墙抗震性能试验结果及分析的基础上,通过非线性有限元软件MSC.Marc(2011)对6片再生混凝土低矮剪力墙进行了数值模拟并得到了构件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线及各墙体的初始刚度、极限承载力、位移延性系数等.有限元模型中墙体及钢筋采用分离式有限元模型进行建模,其尺寸均按照试验实际尺寸确定.数值模拟结果与试验结果对比分析表明应用有限元软件MSC.Marc(2011)可对再生混凝土低矮剪力墙的设计及抗震性能研究提供参考和依据.     

纵横向荷载作用下桩的工作性状研究

为了了解承受纵向荷载和横向荷载共同作用的桩的工作性能,通过一系列模型桩试验,分析了水平荷载对竖向承载桩的桩顶沉降变形的影响,以及竖向荷载对横向承载桩的桩顶水平位移和桩身弯矩的影响,此外,运用三维有限元的方法,考虑了土体的非线性(Drucker-Prager模型)力学性能,以及在桩与土界面处设置接触面单元来考虑桩与土的滑移变形和开裂,对模型桩进行了模拟计算分析,试验及模拟分析均表明,竖向荷载对水平承载桩的影响较小,而水平荷载对竖向承载桩的影响是显著的。     

离心机振动台试验叠环式模型箱边界效应

针对离心机振动台试验中常用的叠环式模型箱,进行了单一均匀土和成层土场地在地震作用下的振动模拟计算,对离心机振动台试验中存在的模型箱效应进行了数值模拟,并结合试验结果对叠环式模型箱边界效应的影响进行了分析.数值模拟与试验结果表明,叠环式模型箱较好地模拟了自由场在地震作用下的真实反应,土层的加速度反应峰值、波形以及Fourier幅值谱与精确解误差较小,较好地消除了边界效应对土体地震动反应的影响.     

土体液化动力分析数值模型

基于有效应力原理,采用满足Masing准则的修正双曲线模型描述土的本构关系,建立了一种土体液化动力分析的数值模型,该模型反映出地震引起孔压增长及伴随的土体软化效应且特别考虑了围压对场地液化的影响.孔压增长模型选用Ishibashi和Sherif等提出的等效循环孔压模式.为了验证模型在模拟地震触发场地液化分析的可靠性,直接针对自由液化场地振动台试验,建立了自由液化场地地震反应的二维分析模型和计算方法;土箱-地基边界采用并联弹簧-阻尼器模拟,体系的动力方程采用Wilson-θ逐步积分法求解.通过试验值与计算值的对比分析,评估了数值建模途径和计算方法的可靠性;总体来看,试验结果与计算结果吻合较好,一定程度上验证了模型良好的模拟能力和正确性,可有效地用于场地液化动力分析.     

Experimental Study of Fluorine Transport Rules in Unsaturated Stratified Soil

With the aid of soil column test models, the transport rules of fluorine contaminants in unsaturated stratified soils are discussed. Curves of F- concentrations at different times and sites in the unsaturated stratified soil were obtained under conditions of continuous injection of fluoride contaminants and water. Based on the analysis of the actual observation data, the values between computed results and observed data were compared. It is shown that the chemical properties of fluorine ions are active. The migration process of fluorine ions in soils is complex. Because of the effect of adsorption and desorption, the curve of the fluorine ion breakthrough curve is not symmetric. Its concentration peak value at each measuring point gradually decays. The tail of the breakthrough curve is long and the process of leaching and purifying using water requires considerable time. Along with the release of OHˉ in the process of fluorine absorption, the pH value of the soil solution changed from neutral to alkalinity during the test process. The first part of the breakthrough curve fitted better than the second part. The main reason is that fluorine does not always exist in the form of fluorinions in groundwater. Given the long test time, fluorinions possibly react with other ions in the soil solution to form complex water-soluble fluorine compounds. Only the retardation factor and source-sink term have been considered in our numerical model, which may leads to errors of computed values. But as a whole the migration rules of fluorine ions are basically correct, which indicates that the established numerical model can be used to simulate the transport rules of fluorine contaminants in unsaturated stratified soils.     

土体液化动力分析数值模型研究

基于有效应力原理,采用满足Masing准则的修正双曲线模型描述土的本构关系,建立了一种土体液化动力分析的数值模型,该模型反映出地震动引起孔压增长以及伴随的土体软化效应且考虑了围压对场地液化的影响。孔压增长模型选用Ishibashi和Sherif等提出的等效循环孔压模式。为了验证模型在模拟地震触发场地液化分析的可靠性,采用建立的模型,直接针对自由液化场地振动台试验,确立自由液化场地地震反应的二维分析模型和计算方法;土箱-地基边界采用并联弹簧－阻尼器模拟,体系的动力方程采用Wilson-θ逐步积分法求解。通过试验值与计算值的对比与分析,评估了数值建模途径和计算方法的可靠性;总体来看,试验结果与计算结果吻合较好,一定程度上验证了模型良好的模拟能力和正确性,可有效地用于场地液化动力分析。     

基于双曲线非线性弹簧元的地下连续墙有限元分析

采用双曲线非线性弹簧单元模拟周围地基土与地下连续墙之间的相互作用,考虑土多层分布以及施工因素等影响,建立地下连续墙的有限元数值计算模型,计算开挖过程中地下连续墙变形、内力、支撑内力、墙侧土压力变化及分布情况.工程实例表明,该模型计算所得的结果与工程实际吻合较好,可以有效模拟基坑开挖整个过程,指导地下连续墙设计和施工.     

基坑底部土体满堂加固模型试验与数值模拟研究

为探究基坑底部土体满堂加固对基坑变形和内力的影响,采用室内模型试验方法,研究了基坑底部土体满堂加固对基坑周围地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力变化的影响。运用ABAQUS有限元软件对模型试验进行数值模拟,将试验数据与数值计算结果进行对比,并分析了加固土体的水泥掺入比和加固深度对基坑变形的影响。结果表明：满堂加固对降低基坑底部隆起效果最为明显,对降低支护结构侧向位移较为明显,对减小地表沉降不明显;通过极差分析法得出,增加加固土体的弹性模量较增加加固深度对抑制支护桩侧向位移及坑底隆起更为有效;当水泥掺入比超过一定范围后,加固效果没有显著提升,建议在含水率为20%左右的软弱土层地区,水泥掺入比一般为5%~20%;土体的加固深度超过一定范围后,控制基坑变形的效果有所提高,但不明显,建议土体加固深度取0.4~0.45倍基坑深度。     

土工格栅复合夯实水泥土桩-土界面接触特性分析

针对桩-土接触面的摩擦特性,在夯实水泥土桩-土界面中设置土工格栅,以增强夯实水泥土桩-土的相互作用。采用三维数值软件模拟直接剪切试验和静载试验,对土工格栅复合夯实水泥土桩-土界面接触特性进行分析,研究土工格栅复合夯实水泥土桩-土接触面的应力、变形和强度的变化规律。结果表明:土工格栅复合夯实水泥土桩-土接触界面的摩阻力峰值有所增加,达到峰值后,摩阻力曲线下降速率缓慢;静载试验中,在夯实水泥土桩表面复合土工格栅后,对应的基础沉降比普通夯实水泥土桩复合地基的沉降小,且夯实水泥桩的轴向压缩变形也小。     

不同介质接触面单元切向劲度系数的敏感性分析

接触面单元作为一种非连续介质单元,常用于模拟两种不同介质之间非连续变形,其切向劲度系数对数值模拟计算结果带存在很大的影响。为了研究接触单元切向劲度系数对防渗墙应力、变形的影响,以沙湾水电站厂房基坑为研究对象,引入土体的邓肯-张非线性材料本构关系及Goodman接触面模型,通过周边泥皮接触面单元切向劲度系数的不同取值,采用有限元法研究了不同切向劲度系数条件下防渗墙的变形与应力分布规律,计算结果表明：当切向劲度系数的降低时,防渗墙上的压应力及拉应力均明显降低,从而改变防渗墙结构受力状态,减小了在岩层交界处的应力突变现象,有助于防渗墙力学性能的充分发挥和提高防渗墙的安全性。     

等温过程路基土体水分迁移特征分析

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,在恒温状态下进行了开放系统水分迁移试验,试验结果表明：在试件中引起水分迁移最主要的因素是基质势和重力势;土体中各点的含水体积分数从试件底部开始到试件顶部逐渐减小;毛细上升高度与时间呈幂函数增加关系,最终趋向于一个稳定数值;水通量与时间呈对数函数递减关系。基于上述试验,应用有限元法进行数值模拟的结果表明：含水量计算值与试验值基本吻合,表明该模型可应用于模拟地下水在路基中的上升过程;在水分迁移的整个过程中,土中孔隙水压力由土柱底端向上逐渐减小;在水分迁移过程早期,土体内部孔隙水压力的变化比较明显且变化速率较快;随着时间的推移,在水分迁移过程后期土体内部孔隙水压力的分布变化不明显且变化速率较小,当渗流稳定时,孔隙水压力沿着试样高度呈线性分布。     

Discrete element simulation of mechanical characteristic of conditioned sands in earth pressure balance shield tunneling

The discrete element method (DEM) was used to simulate the flow characteristic and strength characteristic of the conditioned sands in the earth pressure balance (EPB) tunneling. In the laboratory the conditioned sands were reproduced and the slump test and the direct shear test of the conditioned sands were implemented. A DEM equivalent model that can simulate the macro mechanical characteristic of the conditioned sands was proposed, and the corresponding numerical models of the slump test and the shear test were established. By selecting proper DEM model parameters, the errors of the slump values between the simulation results and the test results are in the range of 10.3%–14.3%, and the error of the curves between the shear displacement and the shear stress calculated with the DEM simulation is 4.68%–16.5% compared with that of the laboratory direct shear test. This illustrates that the proposed DEM equivalent model can approximately simulate the mechanical characteristics of the conditioned sands, which provides the basis for further simulation of the interaction between the conditioned soil and the chamber pressure system of the EPB machine.