多溶洞地层中路基承载力有限元极限分析

为计算多溶洞地层中路基的极限承载力,根据上、下限定理,结合有限元方法,基于MATLAB平台编制了相关计算程序。采用修正的Hoek-Brown准则来描述岩体的非线性特点,并将其嵌入到计算程序中。在此基础上,用一个无量纲参数N?来衡量单个溶洞对路基承载力的影响,而用折减系数ξ来描述两个溶洞的影响。将计算结果以表格的形式展示出来,并对路基承载力的各影响因素进行探讨。结果表明：N?随着H/R(岩层厚度/溶洞半径)、地质力学指标GSI的增大而非线性增大,与岩石类别参数mi大致成线性关系;岩体的重度对N?的影响可忽略不计;当X（溶洞间水平距离）/R≤2时,ξ随H/R的增大而增大;当X/R≥3时,ξ随H/R的增大而减小;当Y（溶洞间垂直距离）/R<3时,ξ在X/R=2时取最小值;当Y/R≥3时,ξ趋近于1,此时只需要考虑单个溶洞对承载力的影响;单个溶洞的极限破坏模式与H/R有关,随着H/R的增大,破坏面由溶洞的顶部逐渐向底部发展,且影响范围逐渐扩大;两个溶洞的埋深一致,当X/R较小时,会有拱效应产生,当X/R较大时,溶洞间岩层会产生“X”形破坏面;两个溶洞的埋深不一致时,溶洞间贯穿的破坏面随着Y/R的增大而逐渐消失。将条形基础作用在岩层的承载力的结果与已有成果进行对比,误差在4%以内,验证所提方法的正确性。同时,为便于实际工程设计,提供具体的设计步骤及说明,基本能满足大部分工程需求。     

圆形基础竖向承载力研究

圆形浅基础的地基承载力问题一直是国内外岩土工程学者关注的一个课题。过去Terzaghi k,Meyerhof G G,Hansen J B,Vesic A S等学者均是通过条形基础下求得的计算公式乘以某一修正系数的方法来得到圆形浅基础的承载力。本文从理论上直接推出圆形浅基础地基极限承载力计算公式。首先假定滑动面,然后根据塑性体的静力平衡条件,分别求出由于凝聚力c,超载q和土的自重γ所引起的地基承载力,最后进行叠加得到总的地基承载力计算公式。     

下伏溶洞对桥梁桩基极限承载力的影响分析

为研究串珠状岩溶区桥梁桩基下伏溶洞对桩基极限承载力的影响因素,基于某高速公路桥梁桩基础工程,运用有限元方法建立溶洞区桩土一体化仿真模型,分析串珠状岩溶区下伏溶洞数量、下伏溶洞尺寸、持力岩层风化程度等因素对桩基极限承载力的影响规律。结果表明,下伏溶洞数量及下伏溶洞高度的变化对于桩基极限承载力影响较小;离桩基最近的下伏溶洞半径对桩基承载力的影响较大,其半径增大会引起桩基极限承载力的减小,半径从8 m增大至12 m时,桩基极限承载力降低1 587.08 kN,下降了25.2%;持力岩层风化程度越弱,桩基极限承载力越大,未风化岩层工况下桩基极限承载力为12 569.51 kN,而高度风化岩层工况下极限承载力为4 717.48 kN,仅为未风化岩层的37.5%。若下伏溶洞顶板厚度大于3倍桩径、溶洞半径较小、且溶洞顶板风化程度较弱时,可考虑将溶洞顶板作为桩基持力层。     

节理岩石地基极限承载力的有限元分析

应用有限元法对节理岩石地基进行了数值模拟,其中夹层模型与接触模型的计算结果都比较稳定,计算精度都比较高,但接触模型在建模过程中比较繁琐,故通过采用夹层模型对存在单个节理的岩石地基进行数值分析,其结果表明:有单个节理的地基的极限承载力并不随着该节理倾角的变化而单调递增或递减;随着倾角的逐渐增加,极限承载力先是逐渐减少到一个最小值,而后逐渐增加。节理强度对岩石地基的极限承载力影响很大,但当节理倾角比较小或比较大时,节理的强度对计算结果的影响并不显著。另外,节理的位置也有较大的影响,当节理深度距基础很近时,极限承载力大幅降低。在实际工程中,对于节理岩石地基的极限承载力要慎重分析。     

基础尺寸对地基承载力影响的有限元极限分析

通过对不同基础板下地基承载力的有限元分析,探讨了基础尺寸及基底的绝对光滑和粗糙对地基承载力的影响,结果表明:随着板尺寸的增加地基极限承载力降低,地基土中荷载影响深度及塑性区深度随板尺寸的增大而增大,在板尺寸相同时,光滑板的地基承载能力低于粗糙板的承载能力。     

三维地基极限承载力的数值极限分析

根据塑性下限定理,借助有限元技术,建立了极限承载力三维情况下的锥形规划形式。采用原-对偶内点法求解非线性规划问题,基于相应的理论计算框架,构造满足条件的静态容许应力场。该方法克服了屈服函数的线性化或光滑近似;利用对偶性,在求解下限解的同时获得对偶命题(上限)的解。与矩形基础地基极限承载力解析结果比较,精度和准确性有了较大提高;对刚、柔性基础下的地基极限承载力的特性也作了探讨。数值极限分析为计算矩形地基的极限承载力提供了一种简便有效的方法。     

岩石地基极限承载力的有限元模拟

利用有限元程序ANSYS对岩石地基极限承载力进行了模拟，通过适当的转换实现不同屈服准则下模拟计算，并与理论计算比较分析，得出了有限元计算结果可信、计算精度很高的结论，从而推广该方法的应用。     

支撑杆节点极限承载力有限元分析

本文应用有限元法,考虑材料非线性和几何非线性,分析了现代常用的天线载体支撑杆节点的应力和塑性区分布规律、节点变形等重要受力性能,提出了满足工程精度的节点承载力计算的简易等效方法和节点的加强措施,方便工程实际应用。     

分级加载圆形单洞剪切应变及极限承载力分析

根据某大型炼化工程的物探和勘察资料,建立了覆盖型岩溶发育区典型圆形单洞的数值计算模型。采用分级加载模式,模拟不同压力下单洞的渐进式破坏过程,同时考虑了基础、上覆土层、溶洞顶板的相互作用。给出了不同荷载下溶洞剖面的剪切应变增量云图,直观揭示覆盖型岩溶单洞的破坏机理。结合工程实际,得出了理想状态下该单洞的极限承载力。     

刚构拱桥极限承载力分析

采用通用有限元软件ANSYS建立全桥有限元模型对某刚构拱桥进行了极限承载力分析，得出两种不同加载情况下桥梁的受力情况与位移状态，以及影响极限承载力的主要因素。     

土体结构极限承载力的有限元分析

 在平面应变条件下,采用增量加载有限元方法求解土体结构的极限承载力,以弹塑性有限元计算不收敛作为达到极限破坏状态的判别标准;在得到土体应力场的基础上,用有限元边坡稳定分析中的滑面应力分析法验算土体结构在达到极限破坏状态时安全系数是否趋近于1.0,同时搜索相应的临界滑动面,与增量加载直到土体结构破坏获得的滑动面比较,并分析二者与经典Prandtl解破坏机构的差异。计算结果表明：屈服准则的选取对计算结果的影响很大,对于无自重的边坡和地基,在非关联流动法则下采用 Mohr-Coulomb 匹配圆准则或者在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,所得到的结果与经典Prandtl解相近;但是在非关联流动法则下采用Mohr-Coulomb匹配圆准则得到的滑动面与经典Prandtl解破坏机构不一致,极限状态下的安全系数也不为1.0;在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb 内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面相近,与经典Prandtl解破坏机构一致,同时在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0。对于有自重的边坡,同样在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面一致,在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0,说明此屈服准则下求得的极限承载力是土体结构严格意义上的真正的承载力。     

土体结构极限承载力的有限元分析

在平面应变条件下,采用增量加载有限元方法求解土体结构的极限承载力,以弹塑性有限元计算不收敛作为达到极限破坏状态的判别标准;在得到土体应力场的基础上,用有限元边坡稳定分析中的滑面应力分析法验算土体结构在达到极限破坏状态时安全系数是否趋近于1.0,同时搜索相应的临界滑动面,与增量加载直到土体结构破坏获得的滑动面比较,并分析二者与经典Prandtl解破坏机构的差异。计算结果表明：屈服准则的选取对计算结果的影响很大,对于无自重的边坡和地基,在非关联流动法则下采用Mohr-Coulomb匹配圆准则或者在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,所得到的结果与经典Prandtl解相近;但是在非关联流动法则下采用Mohr-Coulomb匹配圆准则得到的滑动面与经典Prandtl解破坏机构不一致,极限状态下的安全系数也不为1.0;在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面相近,与经典Prandtl解破坏机构一致,同时在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0。对于有自重的边坡,同样在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面一致,在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0,说明此屈服准则下求得的极限承载力是土体结构严格意义上的真正的承载力。     

空间XK型圆钢管相贯节点极限承载力非线性有限元分析

应用材料非线性和几何非线性有限元法对空间XK型节点圆管相贯节点进行了数值计算,分析了节点在荷载作用下应力的发展、变化过程及节点变形,并将分析结果与相关试验结果进行了比较,在此基础上得出一些有价值的结论。     

插板加强K型间隙圆钢管相贯节点的极限承载能力非线性有限元分析

应用有限元法,考虑材料非线性和几何非线性,分析计算了K型圆钢管相贯节点(K型)和插板加强K型圆钢管相贯节点(RK型)的承载力,并绘出节点的荷载-位移曲线。比较表明:插板显著提高了K型节点的极限承载力,揭示了K型和RK型节点承载力随弦腹杆夹角、两腹杆间隙的变化规律以及不同几何参数下插板对节点的极限承载力的贡献,可供工程设计参考应用。     

某电除尘器灰斗结构极限承载能力状态分析

某电厂电除尘器一、二电场积灰超载,造成集灰斗承载圈梁主梁严重变形损坏。利用ANSYS分析软件,对该除尘器灰斗结构超载受力过程进行模拟分析,研究结构的受力变形状况及可能的失效形态。有限元非线性分析结果表明,钢材实际承载潜力与灰斗结构空间效应作用是灰斗结构免于塌落的主要原因。     

某电除尘器灰斗结构极限承载能力状态分析

某电厂电除尘器一、二电场积灰超载,造成集灰斗承载圈梁主梁严重变形损坏.利用ANSYS分析软件,对该除尘器灰斗结构超载受力过程进行模拟分析,研究结构的受力变形状况及可能的失效形态.有限元非线性分析结果表明,钢材实际承载潜力与灰斗结构空间效应作用是灰斗结构免于塌落的主要原因.     

垫板加强K型圆管节点极限承载力研究

对垫板加强K型圆管节点进行非线性有限元分析。研究结果表明,该节点主要有两种破坏模式:支管局部屈曲与垫板屈曲破坏,支管局部屈曲与垫板主管过度塑形变形的联合破坏模式;通过与K型圆管相贯节点对比,了解了垫板加强K型圆管节点荷载-位移曲线的特征,考察了相关几何参数对垫板加强K型圆管节点极限承载力的影响。     

均质土地基上埋深条形基础 极限承载力系数数值研究

 以K. Terzaghi提出的叠加公式为基础计算均质地基上埋深条形基础的极限承载力,需要确定承载力系数及相应的埋深修正系数。一般情况是采用极限平衡法、滑移线法及上限分析法进行承载力问题的研究,但受假定破坏模式的影响,不同的研究成果具有较大差异,而有限元法并不事先假定破坏模式,其计算结果具有较高精度。通过在基础与地基土接触面及基础边缘土体内数值奇异点引入接触面单元,建立适用于埋深条形基础的理想弹塑性有限元数值计算模型。利用在ABAQUS平台上开发的计算模块,对饱和不排水黏土地基、砂土地基及土体摩擦角与黏聚力均不为0的地基承载力问题进行系统的有限元计算,分析各系数随基础侧面粗糙程度、地基土强度参数、超载大小等影响因素的变化规律,并与已有结果进行对比,所给出的承载力系数及相应埋深修正系数的计算图表,可供基础工程设计参考。     

地基承载力的有限元计算及其在桥基中的应用

有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的应用已取得了一定的成果, 但在地基承载力稳定分析中是否适用尚不得而知。本文采用有限元分析软件ANSYS求得了无重土地基的极限承载力, 并与传统的Prandtl解进行了对比, 两者误差在5%以内, 且其滑移线与Prandtl解相近, 说明了采用有限元法求解极限荷载是准确可靠的。文中详细列出了两种方法得到的塑性区和滑移线的异同点。进一步应用于桥基承载力安全系数的计算, 并与经验解进行了比较。