各向异性砂土的应变局部化分析

针对许多各向异性砂土强度和应变局部化特性,采用各向异性模型进行砂土的应变局部化分析。模型基于材料状态相关临界状态理论,采用宏细观结合的方法,将一个新的各向异性状态变量引入本构模型来描述砂土的各向异性,考虑细观组构张量和应力张量的几何关系模型即可以描述不同沉积角度三轴条件下砂土的力学特性。模型结合分叉理论可以自然解释各向异性和应变局部化对平面应变强度的影响,采用用一组模型参数可以很好模拟不同围压,不同沉积角度平面应变条件下Toyoura砂的强度特性和剪切带角度。     

应变相关修正剑桥模型在基坑开挖中的应用

提出考虑上海软土在小应变情况下刚度随应变非线性衰减的应变相关修正剑桥模型(SDMCC),将其应用于基坑分步开挖和支护的数值分析中。采用三维快速拉格朗日方法(FLAC3D),建立了考虑支护结构与土体的接触作用的基坑有限差分数值模型,土体采用应变相关修正剑桥模型,分析了基坑开挖过程中围护墙侧移、地表沉降、坑底隆起等变形性状。     

平面应变条件下砂土局部化剪切带的有限元模拟

 根据饱和砂土的排水平面应变压缩试验的应变场,分析研究砂土的应变局部化现象以及剪切带的形成。在平面应变压缩条件下,砂土在峰值应力状态附近出现应变局部化现象,在残余状态最终形成一条V型剪切带。剪切带的形成是一个渐进过程,砂土呈现出渐进性破坏特性。这种由软化特性引起的应变局部化剪切带是砂土材料非常重要的变形和强度特性之一。基于砂土的三要素弹黏塑性本构模型和动态松弛有限元求解技术,对砂土的应变局部化现象和剪切带的形成进行有限元模拟。其中,砂土本构模型中引入应变局部化参数S来表示砂土峰值以后的软化和剪切带效果,剪切带在单元内未考虑其方向性,而是假设剪切带方向与最大剪切应变的方向一致。分析结果表明,动态松弛有限元法及砂土三要素模型能合理地模拟砂土的应变局部化现象,剪切带附近的最大剪应变值也非常接近,从而实现对砂土材料从硬化→峰值→软化→残余的全过程模拟以及对砂土应变局部化剪切带的定量化分析。     

岩体大应变黏塑性模型及其在矿山工程中的应用

 将传统黏塑性模型扩展到能够考虑有限应变效应,并试图用该模型结合非局部化方法描述应变局部化问题。局部化等效塑性变量的非局部化通过与材料特征尺度相关的数值加权平均获得,从而将材料的微细观效应考虑在内。该模型遵循以下假设：变形梯度可用极分解表示,材料存在弹性变形域并遵循最大塑性耗散原理的黏塑性调节形式。该模型具有考虑各向同性和运动硬化、软化的功能。通过不同的精化网格,分析有限应变条件下单元尺寸对非局部的敏感性。数值实验包括模拟无围压约束的岩石压缩实验的变形局部化并与FLAC3D的模拟进行对比分析,模拟深部巷道开挖后出现的大变形流变效应,数值结果表明,该黏塑性模型基本上可以克服目前应变局部化模型中存在的一些弊端。     

基坑放坡开挖破坏性状大变形有限元分析

基于任意拉格朗日–欧拉(ALE)有限元方法,采用理想弹塑性本构模型(不考虑软化)和考虑应变软化的本构模型以及Mohr-Coulomb屈服准则,对平面应变条件下软土均质地基上的基坑放坡开挖进行数值模拟,并对非软化及软化模型的结果进行对比。研究表明:考虑应变软化分析的结果同非软化分析的结果有较明显的不同,在基坑开挖达到一定深度后,土体剪切带发展方向不同,考虑应变软化时基坑顶部比基坑底部早达到塑性状态,而非软化分析中则是基坑底部早达到塑性状态;同时从图形化分析角度讲,非软化分析中剪切带的贯通过程较为明显,而软化分析中其剪切带的贯通过程则要复杂。非软化分析得到的结果是偏不安全的。     

基于应变局部化的双裂纹岩样贯通模式及强度试验研究

含裂隙岩体在外力作用下,内部裂纹会发生扩展,这会显著影响强度以及损伤特性。基于前期验证可靠的DIC系统,对含双裂纹的类岩石材料进行单轴压缩试验,捕获全过程的应变场演化云图以及岩桥区域应变局部化过程,研究发现:岩样呈现出显著的变形局部化渐进破坏特性;试验初期形成的应变局部化带基本确定了加载全程全局应变场的变化范围与变化趋势;基于试验研究,双裂纹岩样的贯通破坏模式可归总为4类:岩桥不贯通模式、裂纹内尖端贯通模式、裂纹内外尖端贯通模式以及裂纹外尖端贯通模式;岩桥角度及其空间排布在细观上影响了应变场局部化带的演化过程,宏观上决定了裂纹的扩展路径及岩样的破坏模式;岩桥贯通时应变局部化带的融合造成了应力–应变曲线的"峰前波动",使得岩样强度降低,并且融合越慢岩样强度越高。     

圆形巷道围岩应变软化弹塑性分析

 岩土类材料广义上都呈应变软化力学行为,考虑峰后岩石应变软化过程中引起后继强度面收缩的特性,认为岩体在足够小的局部范围内材料特性保持不变,将后继破坏岩体分为多个塑性区,给出基于平面应变和Mohr- Coulomb准则的围岩准应变软化弹塑性应力解析式,并给出符合围岩后继强度和变形演变规律的各软化区半径求解方程组。洞室围岩变形特征曲线是地下工程支护设计的重要依据,考虑岩体破裂过程中变形参数不断劣化的特性,分析剪切模量劣化对围岩变形、软化半径及破裂半径的影响。最后通过算例对模型进行验证,计算结果可以对地下工程的优化支护设计及安全性评价提供理论依据。     

局部变形及基坑围护理论的探讨

某些工程事故表明:现有的土力学计算模型均未考虑应变局部化问题,故不能解释某些工程事故发生的原因.根据上海软土在固结不排水平面应变压缩试验条件下,应变局部化和剪切带形成的实测研究结果,对基坑围护理论的计算模型和计算参数作了探讨,得到了一些有价值的结论.     

基于CT数字体相关法测量红砂岩单轴压缩内部三维应变场

 基于X射线工业CT实时获取单轴压缩过程中红砂岩试件的三维数字体图像,采用数字体相关(digital volume correlation,DVC)法测量、分析受载过程中试件内部三维变形场及应变场。通过位移场和应变场的分析,揭示试件内部应变局部化演变及破坏过程。红砂岩内部结构可以作为散斑结构,成为变形信息的载体,DVC法的精度可达0.05体素;红砂岩变形破坏中存在明显的应变局部化特征,在峰值荷载的68.9%时试件内部出现应变局部化区域,并逐渐发展至试件破坏,局部化区域与试件最终破坏面位置相一致。研究结果表明,DVC法测量结果能够直观地反映出试件内部应变局部化特点及其演化的过程,为岩石内部变形可视化提供了方法。     

平面应变条件下土的强度准则在黄土工程问题中的应用研究

文章依据Mohr-Coulomb、Matsuoka-Nakai、空间滑动面、Lade-Duncan、AC-SMP强度准则所建立的平面应变条件下的中主应力公式和土的平面应变强度准则,对黄土工程中常见的平面应变问题进行分析和计算,包括黄土基坑直立开挖平面应变问题、挡土结构土压力问题和条形基础地基承载力问题。研究结果表明,平面应变条件下Lade-Duncan准则和空间滑动面强度准则对于各种黄土工程的计算结果是基本相同的,进一步说明Lade-Duncan 强度准则描述土单元剪切破坏时的空间滑动面近似为空间滑动面;平面应变条件下所推导的各个强度准则在进行黄土工程具体问题分析时与常用的Mohr-Coulomb准则有较大的差异,Mohr-Coulomb准则趋于保守,未能充分发挥黄土的强度。在进行平面应变问题的黄土工程设计时,可选择适合黄土的强度准则,考虑平面应变条件下中主应力对土强度的贡献,充分的发挥黄土的原生结构特性,在工程建设中提高经济性。     

土钉墙与逆作拱墙复合支护体系在某超深锚碇基坑中的应用分析

对于某些超深基坑,若仅仅采用某种单一的支护形式,在安全性及经济性方面往往无法达到较佳的效果,而若要在安全性及经济性方面找到一个相对合理的平衡点,则往往需要采用多种支护形式结合的复合支护方案方可实现。本文介绍了土钉墙与逆作拱墙复合支护体系在某超深锚碇基坑中的成功应用,并简要分析了该复合支护方案的设计计算,对某些超深基坑工程设计采用类似复合支护方案,具有一定的借鉴意义。     

无降水深基坑抗浮锚杆-旋喷体封底阻水体设计

基坑降水是基坑土方开挖阶段和使用阶段的重要环节,但会打破原有的地下水平衡,严重浪费地下水资源,并引起不均匀沉降,导致了较多的工程事故。抗浮锚杆-旋喷体是新型无降水深基坑底部的重要止水结构。基于无降水深基坑抗浮锚杆-旋喷体力学分析、阻水体有效性、支护体系安全,确定了旋喷体处于弹性工作状态,应用弹性力学理论建立了均布荷载、集中荷载作用下的弹性厚板应力解,得到了旋喷体的强度安全控制方法和抗浮锚杆的抗拔力计算方法,并开发设计软件用于某深基坑的抗浮锚杆-旋喷体封底阻水体的设计,基坑施工监测数据表明:在基坑土方开挖和使用阶段,基坑内除少量侧壁渗水和自然降水外,基坑安全性满足施工和使用要求。     

基坑宽度对围护结构稳定性的影响

工程实践表明,狭窄基坑有更好的稳定性。因此,其他条件相同时,狭窄基坑围护结构插入深度可以适当减小。目前常用的基坑稳定性分析方法基本不考虑基坑宽度的影响,造成狭窄基坑设计时插入深度过大,引起较大浪费。以宽度与插入深度之比为依据,把基坑宽度分成窄基坑、一般宽度基坑和宽基坑三类。基于经典土压力理论,推导考虑基坑宽度影响的抗倾覆稳定安全系数计算公式,考虑被动区加固土体的无限侧抗压强度。分析表明,基坑越深,宽度越小,就越要考虑基坑宽度对稳定性的影响。提出的公式完全基于经典土压力理论,没有引入新的假设,较为科学,对狭窄基坑减小插入深度提供了理论依据,适合在基坑设计和施工中推广。     

某地铁车站软土深基坑加固效果研究

采用水泥土搅拌加固软土深基坑土体是工程中常用的有效方法。本文采用有限差分软件FLAC3D建立某地铁车站深基坑的数值计算模型,并对未加固和加固两种设计方案进行了施工全过程数值模拟,对两种方案的土压力、地下连续墙水平位移以及邻近铁路路堤沉降的模拟计算结果进行了对比分析。结果表明:三轴水泥土搅拌桩对于软土深基坑加固效果显著,能够有效的减少围护结构的侧向位移和地表沉降;当周边环境对基坑变形有严格要求时,对土体进行加固,提高土体强度是十分有效的措施。     

用有限元方法分析基坑开挖的可靠度

基坑稳定性评价是岩土工程中的重要问题,基坑土体参数通常表现出较强的变异性,因此可靠度分析方法能更合理评价基坑的稳定状态。采用有限元方法对基坑开挖、支护进行模拟,并对开挖后的基坑进行强度折减计算,得到基坑稳定性安全系数,然后结合Rosenblueth统计矩法对基坑稳定性进行可靠度分析。分析方法简单,能够获得合理的结果,可为基坑工程设计和施工提供参考。     

基坑工程事故及施工安全管理

以安全为最终目标,对基坑施工中易发生的事故及其原因进行了分析,同时提出了一定的安全施工管理措施,通过采取一些施工安全管理措施,严格施工过程管理,从而减少基坑工程中的事故。     

基于空间效应近邻建筑群施工开挖方案优化

对近邻建筑群基坑的施工开挖方法进行了分析,从基坑在两种施工方法带来的影响方面进行了论述,提出利用FLAC3D软件数值模拟和现场监测成果对比的方法,进行了基坑的空间效应影响的研究,达到了工程基坑施工安全、快速、节省的效果,解决了该地区近邻建筑群基坑的施工方法优化问题。     

某深大基坑超期使用支护技术

某些深大基坑项目由于各种原因在完工后不能及时进行后续施工,使得支护结构长期处于超期使用状态,文中介绍某工程实例通过基坑监测及时把握基坑的安全动态,切实采取锚索二次张拉以及支护桩后注浆等措施,保证了基坑超期使用的安全和稳定,可为类似工程提供参考。     

紧邻深基坑施工相互影响的模拟分析

针对紧邻深基坑工程设计案例进行其相互影响分析,采用有限元分析软件MIDAS/GTS模拟了紧邻深基坑在不同施工工况下基坑的相互影响。分析表明,两紧邻深基坑在不同的施工组合下同时施工会诱发对方基坑围护结构发生不同程度的水平侧向位移,其最大水平侧向位移均出现在开挖至基底的施工工况中。     

临近高架的基坑开挖变形特性的数值分析

以上海地区某深基坑工程为研究对象,考虑土体小应变刚度特性,建立高架道路和临近基坑的二维有限元分析模型,探讨土体小应变条件下深基坑的变形特性及基坑开挖对高架的影响。算例分析表明,考虑土体小应变刚度特性可以较好的模拟基坑开挖的变形及基坑开挖对高架的影响,计算结果与实际情况基本吻合。