初始半径对柱孔扩张问题的影响分析

从柱孔扩张过程中的体积假定,即弹性区和塑性区体积的变化等于扩张引起的体积变化出发推导了考虑初始半径的土体的塑性区半径和极限扩张压力公式,讨论了不同摩擦角、塑性区体应变、刚度比条件下,初始半径对土体的塑性区半径和极限扩张压力计算结果的影响.结果表明:随着初始半径、塑性区体积应变的增加,塑性区半径和极限扩张压力减小,减小的趋势随Ri/Ru的增大而逐步加大.对旁压试验与预钻孔打桩的工程实例进行了分析.     

初始半径对柱孔扩张问题的影响分析

从柱孔扩张过程中的体积假定,即弹性区和塑性区体积的变化等于扩张引起的体积变化出发推导了考虑初始半径的土体的塑性区半径和极限扩张压力公式,讨论了不同摩擦角、塑性区体应变、刚度比条件下,初始半径对土体的塑性区半径和极限扩张压力计算结果的影响。结果表明：随着初始半径、塑性区体积应变的增加,塑性区半径和极限扩张压力减小,减小的趋势随Ri／Ru的增大而逐步加大。对旁压试验与预钻孔打桩的工程实例进行了分析。     

饱和黏土中柱孔三维弹塑性扩张机制研究

 目前饱和黏土中柱孔弹塑性扩张问题解答均假定土体为理想弹塑性材料,因而柱孔扩张过程中土体剪切变形和剪切破坏的一致性无法体现,且既有研究成果无法综合考虑超固结比及土体的三维强度特性,使得理论计算值与实际存在较大偏差。为得出饱和黏土中柱孔不排水扩张问题的精确解答,采用基于SMP准则改进的修正剑桥模型(SMP-MCC),充分考虑土体三维强度特性和超固结比,在转换应力空间使用相关联流动法则,进而将柱孔扩张问题归结为一阶偏微分方程组的求解问题。在此基础上,根据弹塑性边界处的应力和位移条件,采用应力转换方法在转换应力空间建立偏微分方程组的定解条件,并通过数值方法得到柱孔扩张问题的精确解答,通过与修正剑桥模型解答相对比,研究柱孔扩张过程中孔壁周围土体应力的变化规律。结果表明,由于提出的三维弹塑性精确解答充分考虑了土体的三维强度特性,因而可以更加真实地反应柱孔扩张过程中土体应力场的变化规律。     

基于SMP准则的定向钻扩孔泥浆压力计算

定向钻施工中泥浆压力是孔壁稳定的关键因素,其计算公式一直是困扰定向钻施工设计的主要问题。文中基于SMP准则分析了定向钻扩孔过程中孔壁土体内的二次应力、应变场以及塑性区半径分布规律,推导出了最大泥浆压力的计算公式。基于SMP强度准则得到的最大孔壁内压和最优孔壁内压值明显大于基于M-C强度准则计算所得值,这说明了考虑中间主应力影响的SMP强度准则对提高最大孔壁内压和最优孔壁内压值具有重要的实际意义,此外,通过改变粘聚力和内摩擦角的大小,得到粘聚力对于最大孔壁内压的敏感性要大于内摩擦角,所以提高土体的粘聚力对孔壁稳定性更具实际意义。     

考虑扰动效应柱孔扩张过程超孔隙水压力的研究

针对饱和土沉桩过程中超孔隙水压力分布的计算问题进行了理论研究。采用柱孔扩张原理进行了理论模型的建立,并考虑了土体扰动对于扩张过程的影响,在塑性区范围内采用了线性扰动模型评估土体的强度,建立了不排水条件下的应力与超孔隙水压力的解答,并与经典理论结果进行了对比分析。土体的扰动通过扰动系数体现为土体强度的损失,扰动程度越大,孔壁处的极限扩张压力越小,超孔隙水压力幅值越低,经典理论结果是线性扰动模型解答的一个特例。     

基于SMP准则的旁压试验分析

旁压试验是一种在岩土工程勘察中应用较为广泛的原位测试技术,可用于评定地基承载力和变形参数等。本文采用SMP屈服准则和平面应变轴对称问题的柱孔扩张理论,对旁压试验的机理进行分析,获得了旁压试验过程中的位移、应力和应变的分布,得到了塑性区半径与扩张压力的关系,同时为临塑压力和极限压力的确定提供了一种新的思路。理论计算结果与试验数据具有较好的一致性,表明理论分析具有一定的合理性,能够用于旁压试验的相关解释与分析。     

非饱和土中考虑沉桩扩孔速度影响的 半球形孔扩张弹塑性分析

 考虑沉桩速度的影响，以弹塑性交界面处单元体的运动情况作为参考标准，将区域内任何一点的应力、位移描述成塑性区半径R和扩张后土体单元距孔心的距离r的函数。采用小变形理论求解出r处的径向扩张速度与弹塑性交界面的径向扩张速度之比 应满足的关系式，其中后者的扩张速度认为由两部分组成：一部分是由于扩张本身而产生的位移速度；另一部分是由于扩张引起的变形导致土体连续进入塑性状态而产生的附加速度。最后，结合扩孔速度的已知条件推导出沉桩后桩周土体塑性区、破坏区范围，而整个土体范围内应力、位移表达式形式仍与已有相关研究中一样。该研究成果可为非饱和土地区的动力打桩和夯扩桩等工程问题提供一定的理论依据。     

考虑砂土颗粒破碎的柱孔扩张问题弹塑性分析

目前对砂土中圆孔扩张问题的研究均未考虑到砂土颗粒的破碎以及剪胀特性,且为了方便后续求解,很多学者对剪应力,剪切模量等计算参数做了简化,使得最终的求解结果无法准确反映实际情况。针对上述问题,采用考虑颗粒破碎和剪胀特性的砂土临界本构模型,在塑性区联合相关流动法则和拉格朗日分析法,将传统的欧拉描述下的柱孔扩张问题转换为基于拉格朗日描述的带初值的一阶非线性常微分方程组,最终通过数值方法得到砂土中柱孔扩张问题的半解析精确解,并通过算例分析了土体初始应力对扩孔结果的影响。结果表明,颗粒破碎和初始应力对孔周应力和塑性区半径影响巨大,两者共同作用使得土体在扩孔期间表现出不同的剪胀/剪缩特性;此外,高初始应力下的孔周土体在扩孔期间难以到达临界状态。     

考虑土体三维强度特性的静压桩周超孔压解析及演变

 将饱和黏性土中静压沉桩过程近视看作柱孔不排水扩张问题,在充分考虑土体三维强度特性的条件下采用SMP准则改进的修正剑桥模型,推导得出柱孔扩张引起超孔压的基本解答。在此基础上,考虑桩周土竖向和径向固结,建立空间轴对称固结方程的定解条件,采用分离变量法求得桩周超静孔隙水压力消散的级数解答。分析桩周土体超静孔隙水压力随时间和空间的演变规律,揭示应力历史、径向和竖向固结系数以及剪切模量等因素对初始超孔压的产生和随后的固结速率的影响规律,并通过实例验证本文解答的合理性和适用性。通过与现场实测对比,本文解答较好地反映了静压桩周土体超静孔隙水压力的演变规律。此外,桩周土体的超静孔隙水压力随距桩侧径向距离增大呈对数衰减。剪切模量和竖向固结系数对桩周土体固结速率影响较小,而土体超固结比和径向固结系数对固结速率影响较为显著,表明超孔压消散主要发生在径向。研究成果对静压桩承载力的确定具有一定的指导意义。     

结构性黄土排水柱孔扩张问题弹塑性解析

为研究黄土地区原位测试、沉桩扩孔以及劈裂注浆等岩土工程问题,基于结构性黄土修正剑桥模型,在严格遵循平均有效应力与偏应力定义前提下,针对排水柱孔扩张问题导出严密解.在孔周弹性区采用小变形理论求得土体应力与位移解析解,在孔周塑性区采用大变形理论,并借助中间变量将圆孔扩张问题转化为基于拉格朗日描述的一阶常微分方程组的初值问题...     

圆柱壳形构件在轴心压力作用下可靠性分析

圆柱壳形构件是飞行器结构中常见的一种极其重要的结构形式,必须保证其具有足够的强度,刚度和稳定性,对其可靠性进行计算,具有重要的意义。本文采用基于验算点处展开泰勒级数的哈桑—林德法计算轴心压力作用下圆柱壳的可靠性指标。将均值点作为初始验算点,利用埃特金法计算可靠性指标,收敛速度快。     

圆柱形空腔固结解析解及应用

基于圆柱形空腔扩张理论的初始超静孔隙水压力分布,采用分离变量法,在考虑空腔壁处任意排水条件下,求解得到圆柱形空腔扩张引起的超静孔隙水压力消散的一般弹性解析解。讨论分析了剪应力和不同排水条件对超静孔隙水压力初始分布及其消散的影响;同时,与现场固结试验实测的孔压消散曲线进行了对比分析,理论计算与实测结果相符合,表明了该解析解对现场测定土体固结系数和分析打桩引起的孔压消散具有一定的实用价值。     

饱和土体柱形扩孔时大变形不排水统一解析解

 将柱孔周围的土体分为弹性区和塑性区,在弹性区中采用小变形理论,在塑性区中采用大变形理论和统一强度准则。根据应力平衡方程、应力和应变连续的边界条件,推导出考虑土体大变形和不排水时柱形扩孔问题的塑性区半径、极限扩孔压力和超孔隙水压力的理论解答。理论计算结果与现场实测结果较为接近,说明该理论具有一定的参考价值。通过计算分析还可知：扩孔压力随着参数b的增大而非线性增大,而超孔隙水压力则正好相反。     

基于圆孔扩张理论的支盘桩成型过程挤土效应分析

运用圆孔扩张理论对挤扩支盘桩成型过程的挤土效应进行了分析。得到了支盘成型过程中桩周土的临界压力pc、极限扩张压力pu及塑性区最大半径r1max的计算方法和挤扩设备挤土时施加的作用力的计算方法。同时得到了在特定场地土条件下挤土臂张角不同时桩周土的塑性区的变化范围。     

孔隙水压力测试和分析中存在的问题及对策

针对目前几种常用的孔压计封孔方法存在的问题,提出一种新的孔压计封孔技术,并在广州南沙一真空预压加固软基工程中进行对比试验。实测结果表明,采用传统塌孔方式封孔埋设孔压计难于封堵,上下孔压计容易连通,不同深度的孔压差几乎一致,测试结果误差较大;采用新的封孔装置可有效地防止孔压计上下连通,不同深度的孔压差变化呈现明显的差异性,测试结果较为准确,且施工方便,孔压计定位准确。同时,还分析土体压缩和地下水位的变化对孔隙水压力的影响:土体压缩和地下水位变化越大,对孔隙水压力的影响就越大。土体压缩和地下水位变化对孔隙水压力的影响可达20kPa,因此在研究孔隙水压力消散规律或超静孔隙水压力分布模式时,须扣除因土体压缩和地下水位的变化而引起的孔隙水压力变化值。     

黄土湿陷过程中的压力与湿陷速率关系的数学模型及分析

通过对黄土湿陷过程的分析，根据能量守恒定律，建立了黄土的湿陷过程中压力与湿陷速率关系的数学模型。通过试验，确定了模型中的相关参数，得到了湿陷速率随压力变化曲线。根据对模型及试验曲线的分析，指出在黄土湿陷过程中湿陷速率随着压力的增大而增大，但增长速率却逐渐减小；湿陷起始压力随着湿陷量的增大而增大；湿陷速率的变化具有突变性。     

考虑压剪耦合特性的岩土材料广义非线性屈服准则

 针对岩土材料的压剪耦合特性,将原广义非线性强度理论(GNST)扩展为可合理考虑岩土材料屈服与破坏特性的广义非线性屈服准则。在偏平面上,屈服准则表达式采用SMP准则与广义Mises准则的插值表达式;在子午面上,屈服准则表达式采用可考虑压剪耦合特性的封闭曲线表达式。由于在过渡空间中建立相应的屈服准则表达式,因此与已有的Matsuoka-Nakai准则与Lade-Duncan准则的插值准则(MNLD准则)相比,新准则描述屈服时采用非线性强度曲线,同时能够更合理地考虑静水压力对于偏平面以及子午面上屈服特性的影响,模型参数均具有物理意义,且通过常规试验可以确定。通过不同岩土材料的破坏以及屈服特性的试验预测对比,验证了新准则在描述岩土材料压剪耦合特性方面的合理性。     

填埋式涵洞上覆土压力的有限元分析

针对目前路基和堤坝工程中对填埋式涵洞竖向土压力计算不够准确、不能正确地进行涵洞结构设计的情况,采用有限单元法对填埋式涵洞的土压力进行了分析。结果表明,随着涵洞上覆填土厚度的增大,其顶部垂直土压力与其相应上覆土柱压力的比值即垂直土压力系数在逐渐增大,并趋于一个稳定值;涵洞两侧填土不均匀时,不均匀变形造成垂直土压力增大;基于不同压实填土层实测压缩模量换算确定的变形模量作为理想弹塑性模型参数,得到的垂直土压力系数计算值与实测值吻和较好。由于填土与涵洞存在竖向沉降差,垂直土压力系数在1.2～1.35变化。