基于非线性破坏准则和强度折减法的浅埋隧道安全系数上限解

隧道工程中常用的安全系数是一种评估隧道稳定性的有效指标。为了研究非线性破坏准则下浅埋隧道的稳定性,基于已有的直线型多块体破坏机制,采用切线法将非线性破坏准则引入上限定理的能耗计算,结合强度折减法,构建了极限状态下隧道安全系数的目标函数。采用序列二次优化迭代法对此目标函数进行优化,得到了浅埋隧道整体安全系数的上限解,并对不同参数作用下浅埋隧道安全系数的变化规律进行了研究。研究结果表明:非线性系数m对隧道安全系数和极限状态下隧道破坏面的影响十分显著。当其他参数一定时,安全系数随非线性系数m的增大而减小。极限状态下隧道破坏面随m的增大向外扩展,潜在破坏范围增大。     

粘弹性土体中深埋圆形隧道的应力和位移分析

基于Biot固结理论,采用渗流-力学耦合模型,研究分析了粘弹性饱和土体中因开挖深埋圆形隧道而引起的周围土体的应力和位移场。假设衬砌和土体均为多孔介质,隧道处于半封闭状态,边界半透水。在拉普拉斯变换域中得到的应力、位移场和孔隙水压力解答,运用拉普拉斯数值逆变换得到数值计算结果,分析了隧道周围土体中应力、位移场及孔隙水压力的消散规律,讨论了隧道边界的渗透特性和土体的流变性质对应力、位移场以及孔隙水压力消散的影响。     

考虑水-力耦合时交通隧道非线性解析

将具有衬砌的圆形隧道各影响因素简化为轴对称问题。考虑水-力耦合、外水压力作用及Hoek-Brown强度准则,求得交通隧道弹塑性非线性解析解。利用数值方法研究各参数对考虑水-力耦合非线性解的影响,分析结果表明：考虑水-力耦合时,应力场、位移场和塑性区半径均较不考虑耦合因素时大,因此隧道开挖时应充分考虑水-力耦合作用。实例...     

一种渗流吸水诱发岩体强度弱化的有限体积数值计算方法

传统的渗流数值计算方法难以较真实地描述岩石材料性能劣化和渗透性演化机制。该文提出了一种渗流吸水诱发岩体强度弱化的有限体积数值计算方法。利用高斯散度定理采用有限体积法求解水在岩体中的渗流过程及岩体的变形破坏过程,建立了基质吸水引起岩体模量及强度弱化的理论模型及相应的数学表述。基于考虑吸水弱化算法的各向同性孔隙渗流模型,模拟了低、高两种边界流体压力下某粉砂岩试样的吸水软化过程和不同吸水时间下试样的单轴压缩过程。数值算例表明:边界流体压力越高,试样达到整体饱和状态的时间越快;渗流初期以自由水渗流填充孔隙为主,渗流后期以孔隙内自由水向基质吸水的转化为主;边界流体压力对渗流速率具有明显控制作用,但对基质吸水速度无影响;随着吸水时间的增加,试样的强度（黏聚力、内摩擦角）逐渐减小至残余值,得到的基质吸水含量随时间变化的数值解与理论解基本一致,表明了数值算法的计算精度,可以用于隧道突水、围岩稳定性等实际岩体工程问题的渗流-应力耦合效应分析。     

浅埋隧道围岩压力确定的极限分析方法

应用极限分析上限法计算浅埋隧道围岩压力,构造了浅埋隧道围岩两种刚体平动破坏模式,并推导了理论公式。将浅埋隧道围岩压力计算转化为一个数学优化模型,编制相应计算程序。通过算例分析了两种破坏模式下浅埋隧道围岩压力计算结果,对照太沙基理论,对结果进行探讨,指出对于浅埋隧道而言,利用极限分析上限法计算隧道围岩压力是一个可行的方法。     

土钉支护开挖影响面及其在土钉力计算中的应用

结合土钉支护的施工特点和受力规律,定义施工阶段土体开挖时滑动趋势最大的面为开挖影响面,定义以开挖影响面为边界的土块体作用在支护体系上由土钉承担的力为开挖土压力。通过开挖阶段相邻两步的开挖土压力求出土钉支护因开挖而产生的不平衡力,同时考虑保持土体稳定所需要的抗滑力后可得到开挖阶段土钉轴力。首先分析开挖影响面和开挖土压力及其影响因素,然后给出开挖阶段计算土钉轴力的具体方法,并给出与法国CLOUTERRE项目1号墙足尺试验中土钉力测试值的比较。     

含隧道边坡水平屈服加速度的上限分析

基于拟静力法和强度折减法,采用极限分析上限定理,推导了含隧道边坡在地震作用下的水平屈服加速度系数的上限解,该上限解考虑了隧道对边坡的影响。分别计算了边坡设计参数、岩土体的抗剪强度、浅埋偏压隧道设计参数等因素影响下边坡的水平屈服加速度系数极限值。根据正交试验法,给出了地震作用下含隧道边坡水平屈服加速度系数对各因素的敏感性大小。研究表明:边坡高度、坡角、岩土体黏聚力以及强度折减系数对水平屈服加速度系数的敏感性和影响程度均较大,而隧道距坡脚距离、隧道半径以及水平和竖向地震力比例系数的敏感性和影响程度则较小。     

超大直径盾构穿越江底冲槽浅覆土段施工技术研究

从盾构开挖面平衡状态及隧道水底抗浮平衡条件着手,利用了泥水平衡盾构开挖工作面水土压力与密封舱内压力动态平衡公式,得到了超大直径盾构穿越江底底冲槽段浅覆土保持开挖面稳定的技术对策。结合南京过江隧道纬七路左线工程,提出超浅覆土情况下过江隧道泥水盾构施工应采取的工程对策。     

盾构隧道施工过程及支护方式对高速铁路高架桥群桩基础影响分析

针对北京某地铁区间下穿高速铁路工程,分析不同盾构参数及支护条件的选择对隧道侧穿既有高架桥群桩的受力和变形的影响。在隧道开挖前的工程试验段中,建立盾构参数与有限元计算中等代层之间的关系。分别分析不同等代层和有无隔离桩的六种工况,说明盾构参数的优化及隔离桩的使用在盾构隧道开挖中对控制群桩的受力和变形所起到的作用。分析表明:1)盾构参数优化和隔离桩的使用对控制桥桩弯矩、水平位移、轴力、沉降都有明显作用,但隔离桩控制效果更显著;2)隔离桩的存在基本消除了隧道掘进过程中桩体的弯矩动态变化,并且使得隧道推进过程对桥桩沉降的影响是均匀的;3)监测结果表明,数值计算结果较好的反映了实际开挖过程,计算最终累计沉降量与实测结果非常接近。     

崔家冲隧洞特殊地质地下水监控量测技术

崔家冲隧洞穿过断层破碎带,地下水异常丰富。为了解地下水的流量与孔隙水压力对隧道施工的影响,根据设计与规范要求,对隧道内的地下水流量与孔隙水压力进行了量测,结果表明,采用现有的施工方法,地下水流量与水压力都有明显减小。     

考虑水体压缩性的椭圆柱体地震动水压力分析

地震作用下水与柱体结构的相互作用会对结构产生动水压力,该文研究椭圆柱体的地震动水压力。首先,基于椭圆坐标系推导了椭圆柱体地震动水压力的解析解;其次,通过ABAQUS声固耦合方法验证了提出的椭圆柱体地震动水压力的解析解,算例表明两者误差在1%左右;最后,引入无量纲参数数频率、宽深比和长短轴比,定量分析了水体压缩性对地震动水压力的影响。     

大断面隧道模型试验水压模拟加载方法

首先采用结构力学方法确定隧道拱部、仰拱部分不等值环箍力模拟水荷载,研制了马蹄形断面隧道模型试验的全周密闭非均匀水压加载装置,实现“灯泡型”水压模拟加载。在此基础上进行模型试验,所得结论与数值模拟在关键部位受力结果相吻合,从而验证了水压模拟加载方法的正确性,成功解决了隧道结构试验中水压模拟加载“瓶颈”问题。在水压作用下,衬砌底部弯矩大于拱部,仰拱向内和墙脚向外弯矩最大,处于大偏心受拉截面,成为高水压隧道衬砌关键控制部位。确定了高速铁路双线隧道衬砌水压极限承载力,墙脚先发生压剪破坏,接着仰拱出现压弯破坏。研究成果可为高水压隧道主体结构设计、施工提供参考。     

非线性破坏准则对被动土压力的影响

在上限定理的基础上,根据非线性破坏准则,对墙后填土建立机动容许的速度场,运用流动法则以及速度边界条件求解被动土压力的上限解。首先通过“切线法”引进变量,然后对墙后填土建立三种含有变量的速度场,求出被动土压力的目标函数与约束条件,最后根据“序列二次规划算法”对该问题进行优化。数值结果表明:当非线性破坏准则变为线性破坏准则时,结果与前人的成果一致;非线性参数对被动土压力有重要影响。     

非线性破坏准则下水平浅埋条形锚板抗拔承载力的极限分析

基于非线性Mohr-Coulomb强度准则, 根据相关联的流动法则, 构造出条形锚板上方土体破坏的机动许可场, 利用极限分析上限法, 结合变分原理, 推导出了水平浅埋条形锚板极限抗拔力的表达式与极限状态下对应的土体破裂机制, 讨论了不同锚板设计参数与土体强度参数, 对锚板极限抗拔力与土体破裂机制的影响, 并将该文计算结果与不同计算方法对应计算结果进行了对比。计算表明:随着锚板埋置深度、土体初始粘聚力与重度的增加, 锚板的极限抗拔力不断增大;该文提出的土体破裂机制, 与现有文献中的试验结果一致, 破裂曲面的形状主要取决于非线性系数m的大小, 而且非线性系数m对锚板极限抗拔力也有着显著的影响, 随着非线性系数m增加, 锚板抗拔力非线性不断降低, 土体破裂范围不断减小, 破裂曲面的曲率则不断增加, 当m=1.0时, 破裂曲面退化为一平直面。该文上限解计算结果与现有文献计算成果以及数值计算结果非常接近, 从而证明了该计算方法的有效性, 为条形锚板的设计提供一定参考。     

A method of combining rigid body displacements for the determination of rigid body rotations of structural members in the slope‐deflection method

Abstract

In this paper we investigate the stresses and displacements around an advancing face of a tunnel in an elastic half‐space as well as the induced three‐dimensional ground surface subsidence. An indirect boundary integral formulation for the analysis of tunnels in an elastic half‐space is derived and the half‐space fundamental solution (Mindlin's solution) is adopted to satisfy the traction‐free condition on the ground surface. For the evaluation of the non‐singular integral in the numerical implementation, a simple and efficient algorithm to automatically search for integration orders is developed by basing on the upper bound of error in Gaussian quadrature. Numerical results for some tunnel problems are studied to demonstrate the accuracy and versatility of the proposed method. In addition, the stresses, displacements, and the induced ground surface subsidence for an advancing circular tunnel in an elastic half‐space are calculated and presented in detail.     

水下爆炸荷载作用下圆柱结构反射压力解析计算方法研究

为助于桥梁、码头等近海结构的抗爆和防护设计,该文拟针对近海结构中常见的等截面圆柱结构,提出一种计算水下爆炸情况中冲击波作用下圆柱分布反射压力的高效解析算法。基于绕射波浪理论,该文根据水体状态方程和边界条件,在柱坐标系下通过分离变量法推导圆柱结构反射压力的时域解;通过数值模拟对比验证该文提出的反射压力时域解的计算精度,数值算例表明二者计算误差在工程允许范围内;基于考虑水体压缩性的时域子结构分析方法,通过对比该文提出的未考虑水体压缩性的解析方法,分析了水体压缩性对反射压力的影响。     

安定荷载上限近似解的数值分析方法及其应用

弹塑性结构在变值荷载作用下具有交变塑性和增量破坏两种可能的破坏型式,安定性分析就是要确定荷载变动的最大范围。确定安定荷载上限的机动型安定性定理之关键在于构造运动许可的塑性应变增量场,而在实际问题求解中这一数值实施过程往往是很困难的。为此,nigoK&&放松了经典机动安定定理的某些条件,分别得到了在不发生交变塑性变形意义上的安定准则和在不发生累积塑性变形意义上的安定准则。本文以此为基础分别构造了相应的上限数值求解格式。并将其应用到土工安定性分析中,对海洋平台地基的安定性问题进行了数值分析。     

碳纤维增强聚合物复合材料方形蜂窝夹层结构水下爆炸动态响应数值模拟

基于ABAQUS有限元仿真软件,建立了不同夹芯相对密度的碳纤维增强聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）复合材料方形蜂窝夹层结构在水中爆炸冲击波载荷作用下的仿真模型,分析了结构的变形过程、夹芯的压缩特性及结构的失效及破坏情况。数值模拟结果表明,CFRP复合材料蜂窝夹芯压缩量在前面板速度降至与后面板相同时达到最大; CFRP复合材料蜂窝夹芯的最大压缩量随着初始压力的增大呈先缓慢增大后快速增大的趋势,其增大趋势在夹芯接近完全压缩时又趋于缓慢; CFRP复合材料夹层结构失效随夹芯相对密度和初始压力的变化呈现不同的模式,且其防护性能优于等重的层合结构。研究结果可以为复合材料夹层结构在水中冲击波载荷防护中的应用提供参考。