静压开口管桩沉桩过程模型试验及数值模拟

利用侧面透明的模型箱和铝管半模桩模拟开口管桩在砂土中的沉桩过程.利用高分辨率数码摄录设备观察土塞形成的3个阶段,分析土塞形成的力学机制.在模型试验基础上,通过二次开发颗粒流程序PFC2D对沉桩全过程进行离散元数值模拟.结果表明,PFC2D能够模拟开口管桩从开始刺入砂土到形成土塞并最终呈现闭口管桩性态的整个过程;通过定性研究开口管桩在沉桩过程中土塞的形成演化规律、桩土接触面、土颗粒细观组构变化以及砂土颗粒运动规律等,从细观尺度出发探讨开口管桩沉桩过程中砂土的变形机制和土塞的形成机制.     

土钉拉拔接触面的细观模型试验研究与数值模拟

 利用数码可视化跟踪技术和土体变形无标点量测技术,通过室内模型试验,从细观层面对密砂中粗糙土钉拉拔时,钉土接触面的位移场、砂颗粒运动轨迹及剪应变规律进行研究,发现接触面颗粒先竖向运动,而后水平运动,且发生剪胀作用;土钉周围土体剪应变逐渐以径向为主,作用区域上下对称。以室内模型试验为基础,建立土钉拉拔的三维颗粒流模型,从细观力学角度验证室内模型试验中接触面砂土位移场规律,并进一步发现拉拔过程中土钉周围的孔隙率随着与土钉距离的增大逐渐减小,土钉端部处的土体孔隙率等值线为由一点逐渐向外扩散的同心的不规则圆;颗粒接触数在接触面处最小,然后向外逐渐增大等细观发展变化规律。研究成果对于进一步明确土钉拉拔的机制和接触面的发展规律都具有意义。     

分层介质中桩端刺入的室内模型试验及颗粒流数值模拟

 利用自行设计的可视化模型试验装置,进行分层介质中桩端刺入的宏细观试验,研究上覆软弱夹层对桩端刺入过程中桩端砂土变形的影响。试验表明,分层介质中桩端刺入存在端阻临界埋深,侧阻渐变趋势不同使得分层介质中达到极限端阻所需刺入深度小于纯砂介质。分层介质在细观上表现出桩端颗粒定向性的不同的演化规律。利用开发的三维非圆颗粒模块,对分层介质中桩端刺入的室内试验进行颗粒流数值模拟,数值模拟结果与室内试验具有良好的一致性。研究成果为进一步揭示桩刺入过程中桩端砂土的宏细观演化机制打下基础。     

加筋土破坏面的模型试验与数值模拟

通过加筋土模型试验得出的破坏面与有限元极限分析法模拟的破坏面对比,试验与数值模拟表明加筋砂土破坏面形态接近平面。破坏面与水平面夹角也基本一致,验证加筋土边坡采用有限元极限分析法是可行的。加筋后破坏面与水平面的角度比加筋前大8°,表明加筋效果明显。由于黏聚力与内摩擦角的影响因素不尽相同,因此目前国际通用软件中采用的计算模型与相关参数选取还有待改进。     

软土基坑离心模型试验及数值模拟研究

针对2组具有不同支护形式的软弱基坑进行离心模型试验,测试基坑开挖卸荷过程中支护结构内力和变形,以及坑周土变形,并进行相应的数值计算。试验结果表明：水平支撑对基坑的稳定性影响较大,未加水平支撑的基坑易发生由于支护结构与坑侧土体变形过大所导致的失稳;加水平支撑后基坑的稳定性提高,但要注意由于坑底土体隆起变形所导致的支护结构底端移动和坑顶支撑松弛,进而造成整个支护结构失稳。通过对基坑周边土体在开挖过程中形成的不同应力路径和蠕变参数分析,采用ABAQUS中的扩展D-P模型,对试验模型的原型基坑进行数值计算,计算结果和离心模型试验吻合较好,且可反映基坑周边土体的蠕变效应。     

h型抗滑桩模型试验及数值模拟

 通过几何相似比为1∶20的室内模型试验,研究h型抗滑桩的受力机制,采用千斤顶施加各级荷载,得到不同桩排距、不同连梁位置的3根h型抗滑桩弯矩及变形规律。并通过ABAQUS有限元软件建立h型抗滑桩桩–土共同作用模型,对h型抗滑桩几个设计参数进行优化计算研究,结果表明,最优桩排距为5倍桩径,最优连梁刚度为1.5倍桩体刚度,最优嵌固深度为前排桩长度的3/8。最后将该研究结论运用于南宁市一滑坡治理工程中,效果良好。     

刚性挡土墙位移模式对土压力的影响试验研究

挡土墙位移模式对墙后土压力分布及土体滑移变形与破坏模式具有重要影响。研究采用开发的可视化挡土墙模型箱和石英砂填料,开展平动、绕底部转动、绕顶部转动、绕中点逆时针转动和绕中点顺时针转动5种模式的模型试验。将实测土压力与现有计算理论进行对比,对静止土压力、极限土压力及其土压力随挡墙位移变化规律进行了分析,同时采用粒子图像测速技术分析土体的滑移变形特征和破坏模式。结果表明：静止土压力沿墙深呈线性增长趋势,由于砂土超固结导致实测值大于理论值;不同位移模式土体达到极限状态所需的位移量存在较大差异;由于砂土密实程度高,导致平动、绕底部转动、绕顶部转动极限土压力实测值小于理论值;绕中点逆时针转动和顺时针转动极限土压力合力作用点较绕顶部转动和绕底部转动分别出现上移和下移;不同位移模式的滑移面呈现出不同的形态,实测滑移面倾角略大于理论值;绕底部转动、绕中点顺时针转动表现为渐进式破坏,平动、绕顶部转动、绕中点逆时针转动表现为整体式破坏。     

单箱三室混凝土箱梁爆炸毁伤模型试验及数值模拟分析

为了研究近场爆炸作用下单箱三室混凝土箱梁的破坏行为,采用10 kg TNT药柱,开展了节段箱梁1∶3缩比试件爆炸试验,观测了箱梁试件的毁伤形态和动力响应。利用ALE方法和LBE方法进行了试件爆炸响应数值模拟及验证。参数化分析了不同比例爆距、起爆位置、配筋率对箱梁破坏形态的影响。结果表明：10 kg TNT炸药在中间箱室正上方0.55 m处爆炸,中间箱室顶板形成贯穿性破洞,破洞沿横、纵桥向长度分别为81.90和98.50 cm。随着TNT当量增大,顶板破洞面积逐渐增大。同等药量工况下,中间箱室顶板中心正上方起爆时各箱室底板开裂程度最为严重;与箱室上方起爆工况相比,内爆作用下箱梁顶板破洞沿横、纵桥向长度分别增大了28.2%和41.8%,且底板形成贯穿性破洞。随着配筋率的提高,箱梁竖向位移明显减小。     

不同填土管涵土压力模型试验和数值模拟研究

管涵土压力作为管涵结构设计中的主要恒定荷载,其作用模式的确定是研究的重点。通过开展三种不同填土工况(碎石、粉土、黏土)下的管土相互作用足尺物理模型试验,得到不同填土工况下马蹄形管涵土压力的作用模式,并对比填土类型对管涵土压力的影响。结果表明:试验条件下,粉土工况的管顶土压力集中效应表现最强,黏土工况最弱,碎石工况介于中间。同时采取有限元软件对模型试验进行模拟分析,与试验结果较为吻合,从而为管涵土压力的进一步研究提供科学依据。     

柔性隔振墙的模型试验数值模拟

首先介绍了泡沫板隔振模型试验的方案,然后利用显式动力有限元计算软件LS-DYNA来模拟模型试验,介绍了数值模型的网格划分、边界设置、参数选取以及荷栽模拟.最后通过数值结果与试验结果的对照,说明了相同的振动衰减规律,肯定了泡沫板的隔振效果,同时从中可以发现模型试验中用于吸振的泡沫板不能完全消除边界对振动波的反射干扰,相比...     

软土地基加筋土挡墙数值模拟及稳定性探讨

 对一软土地基加筋土挡墙建立二维数值模型,模拟其在分级堆载情况下挡墙和地基内的沉降、水平位移、土压力,以及土工格栅轴向应变的变化规律,模拟结果与现场实测结果基本吻合。采用有限元强度折减法计算的挡墙稳定性和滑裂面位置与实测情况一致,表现为深层滑动失稳。模拟和实测的各层筋材最大应变出现在距墙面4～6 m的位置,与目前土工合成材料加筋挡墙设计理论的朗肯破坏面位置不同,其原因是目前的挡墙设计理论基于刚性地基假定,未考虑地基变形对筋材应变分布及稳定性的影响。采用该数值模型探讨加长挡墙底部筋材对其稳定性的影响,得出挡墙稳定性与底部筋材加长长度和层数关系密切。得到的挡墙稳定性与筋材加长长度和层数的关系曲线,对于软土地基加筋土挡墙设计有指导意义。     

加筋土挡墙动力特性模型试验与动力分析

模拟加筋土挡墙的铁路路基,通过动力荷载作用下的模型试验得出了加筋土挡墙为路基的动态响应特性,水平、竖向加速度和位移均值随挡墙高度的变化规律;得出了竖向、水平累计变形规律,并对加筋土的动力失稳、动变形、动强度和动应力—应变关系进行了深入分析。对加筋土工程具有重要意义。     

刚性挡土墙主动土压力数值分析

采用有限单元法对作用于刚性挡土墙上的主动土压力进行数值分析，土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型，在土与结构接触面间引入无厚度的Goodman接触单元，接触面上剪应力和剪切位移采用弹塑性的本构模型，研究了不同挡土墙的变位模式、不同墙面摩擦特性以及土体变形特性等因素对土压力大小和分布的影响。     

刚性挡土墙被动土压力数值分析

采用有限单元法对作用于刚性挡土端上的被动土压力进行数值分析，土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型，在土与结构接触面问引入无厚度的Goodman接触单元，接触面上剪应力和剪切位移采用弹塑性的本构模型，研究了不同的挡土墙的变位模式、不同墙面摩擦特性以及土体变形特性等因素对土压力大小和分布的影响。     

垛式新型悬臂式挡墙的数值分析及应用探讨

悬臂式挡土墙轻型、柔性的力学特点使其具有适应交替变形的优点,但对其高度有一定的限制。对如何既利用悬臂式挡墙较高的抗倾覆能力和抗滑特性,又能在充分利用墙后填土的自重的前提下提高其支挡的高度,提出了多级垛式悬臂式挡墙这一新结构,并对其进行了探索和讨论。从探索悬臂式挡墙新的构成形式出发,首次提出二级垛式悬臂式支挡结构,并通过数值分析研究其受力变形特点。根据模拟的施工工况,采用弹塑性本构模型并考虑能够反映土体与墙面相互作用的接触单元,分析了墙背变形和填土的受力。此外,通过其力学特点分析和青藏铁路试验段的变形测试结果,探讨其在多年冻土地区的应用,以期为工程应用提供参考依据。     

加筋挡墙侧向变形分析模型

以加筋土挡墙楔体破坏模式为基础,将墙面板等效为弹性地基梁,提出了加筋土挡墙侧向变形分析的力学模型,进而研究了变形的影响参数.实测数据表明该模型具有较高的预测精度.     

水泥土挡墙位移的实用计算方法

采用把水泥土挡墙当作刚性桩，把地基当作线弹性的模型，同时考虑挡土墙空间作用的计算方法，计算出这种挡土结构的位移。     

变埋深下软弱破碎隧道围岩渐进性破坏试验与数值模拟

 以一定范围内埋深(25～60 m)的3车道公路隧道软弱破碎围岩(公路隧道IV级)为研究对象,研制相似模型材料和配套试验设备,再现开挖后围岩的渐进性破坏全过程,分析不同埋深下围岩的应力场特征。通过模型材料室内试验获取岩体相关计算参数,引入弹塑性损伤本构模型对试验工况进行有限元数值模拟,计算结果与模型试验吻合较好。综合模型试验和数值模拟结果,可以得出以下结论：(1) 围岩破坏区是隧道塌落荷载的来源,主要集中在拱顶上方区域,在两侧边墙下方和拱底也有局部存在;(2) 隧道埋深对围岩破坏区域大小有重要影响,随着埋深的增大,围岩破坏区域呈渐进扩大趋势;(3) 围岩内的周向应力在隧道开挖后先升高而后逐渐降低,其最大值所在位置即对应压力拱位置,且该位置随着破坏区域的扩大而不断向围岩内部移动,形成动态压力拱现象;(4) 通过对围岩内部周向应力最大值的测试来获取隧道压力拱范围,并进而确定围岩塌落荷载大小,这在理论上是可行的。     

核电站常规岛地下挡土墙土压力模型试验研究

以广东台山核电站常规岛混凝土阶梯型挡土墙为原型,根据相似理论建立1∶10的试验模型,对比研究阶梯型直墙结构和阶梯型拱墙结构在不同边坡坡度及施工荷载组合工况下的土压力、位移和水压力分布特征。研究结果表明:(1)2种结构型式的挡土墙在各工况条件下,实测土压力均大致呈直线分布,埋深越大则其土压力值越大,且一般小于朗肯土压力理论值和静止土压力理论值。同时在施工吊装荷载作用下,在不同深度范围内会产生附加应力,大小为0.5～2.5 kPa。(2)实测位移随深度增加而减少,并可忽略施工吊装荷载的影响。在某一工况条件下,挡土墙墙顶处位移值最大。在不同工况条件下,无边坡限制条件下的位移最大,而对于有边坡限制的情况下,边坡坡度越大则位移值越小。(3)实测水压力与理论值的分布特征和大小基本一致,同样可忽略施工吊装荷载和结构型式的影响。(4)在各工况条件下,阶梯型拱墙结构挡土墙支墩和拱板处土压力均小于直墙结构挡土墙,差值为0～3 kPa,而2种型式挡土墙位移及水压力的分布特征和大小基本一致。该结论可为今后类似工程设计与施工提供一定的参考。