沥青混凝土的增量蠕变模型研究

摘要：复杂变应力工作条件下水工沥青混凝土的蠕变不仅与应力状态有关,而且与应力历史和应力路径有关,具 有遗传特性。利用某心墙堆石坝沥青混凝土的室内三轴蠕变试验资料,得到沥青混凝土试样的试验应力与对应最 终剪切蠕变量具有较好的双曲线关系;引入随应力状态改变而变化的蠕变剪切模量,基于Leaderman叠加原理, 建立了可反映复杂应力路径影响的五参数增量蠕变模型。并应用该模型对某坝进行了非线性黏弹性有限元分析, 结果表明：建议模型的计算值与大坝原型实测结果吻合较好,可用于变应力作用下具有遗传特性的沥青混凝土结 构     

基于双面弹性地基梁的隧道纵向变形研究

城市地铁隧道周边施工会造成地面大面积堆载,从而引起隧道结构的纵向变形。首先把深埋盾构隧道等效为双面弹性地基梁,其次利用布辛奈斯克解求出隧道上部的附加应力,最后采用有限差分法和Matlab编程求出隧道的纵向位移和内力,并与温克尔弹性地基梁模型的计算值进行对比。结果表明:双面弹性地基梁的内力和变形的值明显小于弹性地基梁理论的内力和变形值。其结果可为深埋盾构隧道合理设计提供一定的依据。     

新建隧道爆破施工对临近既有隧道的稳定性影响分析

新建隧道的爆破施工对邻近既有隧道稳定性的影响是现阶段的研究热点和难点之一。基于阳明山新建隧道上跨和并行于既有赣瑞龙铁路阳明山隧道的两种工况下既而对新建隧道爆破施工条件对临近既有隧道的稳定性进行分析。在精准设计爆破点位条件下,通过现场监测既有隧道的爆破振速、沉降量以及应力变化与ＡＮＳＹＳ／ＬＳ-ＤＹＮＡ有限元动力学模型的计算结果和理论计算值进行对比研究,分析在该条件下既有隧道的动力学响应规律和应力－应变特征。研究结果表明:新建隧道爆破施工所产生的振动速度与邻近既有隧道的应力、应变以及沉降值均在理论计算所给出的安全允许范围内;模型计算结果更接近于现场监测值,且小于理论计算值,该模型能够较好的实现立体交叉和并行隧道爆破施工对既有隧道稳定性影响的精确模拟,因此该模型具有极高的实用性和准确性。     

非饱和粘性土的动力特性

本文论及应变幅值在10~(-4)以下的非饱和粘性土动力特性。用共振柱法对4种不同含水量的粘性土进行的试验结果表明,在周围应力和应变幅值不同的条件下,非饱和粘性土的动力特性,随饱和度的改变而变化;在相同周围应力和应变幅值条件下,非饱和粘性土的动剪切模量随饱和度的增长而下降,阻尼比随饱和度的增长而加大。     

不同年代黄土动剪切模量和阻尼比试验研究

为研究形成年代对黄土动力特性的影响,对Q_4全新世黄土、Q_3晚更新世黄土和Q_2中更新世黄土试样进行共振柱试验研究。结果表明:在相同条件下,动剪切模量G随形成年代的增加而增加;对动剪切模量采用两种常见的经验模型进行拟合对比,结果发现Davidenkov模型要比Hardin—Drnevich模型更加精确,并给出了模型的拟合参数;采用经验公式对不同年代黄土的最大动剪切模量和固结应力之间的关系进行了拟合,并确定了拟合参数;阻尼比也随形成年代的增加而增加,在半对数坐标系中,阻尼比与剪应变呈近似线性关系。     

尾矿砂的动力变形及动强度特性研究

通过对某钼矿尾矿砂在不同固结应力状态下进行的动三轴试验,研究了该尾矿砂的动力变形和动强度特性。试验结果表明：该尾矿砂的动应力应变关系可用Hardin等效黏弹性模型描述,模型中的起始动剪切模量和最大动剪应力皆随固结应力比和有效固结围压的增大而增大,这两个参数与有效固结轴压成幂函数关系,且其受固结应力的影响较小。同时,该尾矿砂的阻尼比随动剪应变的增大而增大,有效固结围压和固结应力比的变化对阻尼比与动剪应变关系的影响较小;在不同固结应力条件下,阻尼比与最大阻尼比之比与动剪切弹性模量比的减小量之间在双对数坐标系中呈较好的线性关系。在振动条件下,该尾矿砂达到破坏时对应的动剪应力随有效固结围压和固结应力比的增大而增大,其动剪应力比受固结围压的影响较小,并随固结应力比的增大而减小。     

开孔对双曲拱坝静力与动力特性的影响

为研究双曲拱坝坝体开孔对其整体静力、动力特性的影响,笔者结合实际工程,进行了在静荷载及地震等不同荷载条件下的有限元及光弹性试验。结果表明,坝面开孔率在3.5%以下时,(1)由于拱圈刚度被削弱,拱梁应力会发生重分布,但变化值不大,基本规律与不开孔情况相近;(2)在综合静荷载作用下,位移增大约15～20%,产生一定影响,但应力最大值变化很小;(3)在地震烈度为8度的情况下,位移增长小于10%,梁应力最大值增长约10%,拱应力最大值略有减少。总的说来,开孔对坝体静力、动力特性的影响不大。     

基于PFC3D的新建下穿隧道对既有隧道的影响分析

采用离散元PFC3D软件建立模型,以乌鲁木齐地铁河南路段区间工程为例,模拟分析新建下穿隧道对既有隧道的影响.结果 表明,既有隧道上方竖向位移和竖向应力受新建隧道开挖影响较小,隧道左右两侧3.75 m处竖向位移和水平应力产生突变;新建隧道与既有隧道之间,在近既有隧道区域竖向位移和竖向应力产生较大变化,而新建隧道区域竖向位...     

软土基坑卸荷对下卧既有隧道纵向变形影响研究综述

为全面了解软土基坑开挖对既有隧道纵向变形的影响,掌握既有隧道在基坑近接施工下的纵向变形响应特征以减少开挖对邻近既有隧道的影响。文章从理论研究、数值模拟以及实测分析等3个方面对国内外相关研究进行了总结,同时提出了基坑开挖对下卧隧道最大位移影响范围的实用边界模型,之后给出了有待下一阶段进一步研究的方向。主要结论如下:现有的分析方法都依赖于隧道处于假设状态的初始条件,未考虑隧道的已有“损伤”;数值模拟结果的合理性很大程度上依赖于所选择的本构模型与参数取值,更加适用于复杂应力条件的本构模型将是未来研究的重点;卸荷比对下卧既有隧道的影响明显,在软土地区的隧道上方进行基坑开挖,可通过调整卸荷比来减小对下卧隧道的扰动。随着基坑卸荷比的研究从“一维”逐步深入到“三维”,基于卸荷比的基坑开挖对隧道位移影响的预测准确度更高。     

黄土暗穴对近距隧道施工的影响研究

为研究黄土暗穴对隧道施工的影响,采用数值模拟方法分析了不同尺寸暗穴对隧道施工过程中的地层位移及围岩和支护受力情况。结果表明:暗穴位于左边墙对隧道围岩水平位移影响明显,暗穴尺寸越大,围岩水平位移值也越大,同一暗穴尺寸,中部断面位移值比端部断面大;暗穴导致隧道周边围岩水平应力变化明显,靠近暗穴一侧的左边墙水平应力尤为明显,右边墙次之,形成一定偏压效应,拱顶和仰拱转变为拉应力;暗穴存在使得隧道支护受力不均,暗穴处应着重加强左右拱脚处支护强度;无论大尺寸暗穴还是小尺寸暗穴断面,二衬整体受力相对较小,满足作为安全储备的要求。     

深厚软弱场地上地铁区间隧道地震反应分析

采用ABAQUS有限元分析软件,对软土场地上的双洞隧道进行了水平地震作用下的动力反应分析,结果表明,深软场地条件下圆形隧道洞顶和洞底之间的相对位移较大,区间隧道周围的软土层对隧道水平位移反应有显著影响。此外,结果还显示基岩输入地震动特性也会明显影响地铁区间隧道的位移反应。     

青藏铁路北麓河段路基冻土动力参数试验分析

冻土动力参数即是进行工程设计的依据,同时还为动力响应模拟提供必要参数。选取青藏铁路沿线粉质黏土为研究对象,通过试验分析了在不同的温度、围压、频率作用下冻土动弹性模量、动剪切模量、阻尼比的变化特性。利用等效黏弹性模型将动弹性模量(或动剪切模量)、动阻尼比与动应变幅值之间的关系具体化,并将以上函数曲线与Hardin双曲线进行拟合,确定等效黏弹性模型中的试验参数。试验发现,冻土动弹性模量与动剪切模量随温度的降低而升高,随围压、频率的升高而升高;动阻尼比随着温度降低而降低,随着围压升高而升高,随频率升高而降低。     

锦屏一级拱坝黏弹性工作性态反演分析

针对锦屏一级拱坝历年1 880 m高水位稳定期坝体向下游侧位移持续增大的异常变形性态,基于现场位移监测数据和坝体混凝土徐变试验数据,对该拱坝当前运行性态进行了反演分析。结果表明:坝体目前处于黏弹性工作状态,监测发现的短期趋势性变形是由水压荷载作用下黏弹性滞后变形效应和年周期环境温降效应所共同引起。混凝土黏弹性力学参数之间具有较好的线性关系,基于弹性水压分量反演得到的坝体混凝土弹性模量实际是瞬时弹性模量与延迟弹性模量的等效值,对于锦屏一级拱坝,该反演值为35.5 GPa,与前期反演值和试验值较为接近;而基于黏弹性水压分量反演得到的广义Kelvin模型中瞬时弹性模量、2延迟弹性模量和2黏滞系数分别为47.3 GPa、189.4 GPa、132.3 GPa、383.8 GPa·d和20 574.6 GPa·d。建议今后对锦屏一级拱坝建立变形监控模型时,应在HST模型中引入黏弹性滞后水压分量。     

Kelvin模型黏弹性圆柱体轴向流动中的动力特性

对线、转动弹簧支承Kelvin模型黏弹性圆柱体轴向流动中的特征方程进行了推导,运用Matlab语言编程求解了其在轴向流动中的前三阶复频率,给出了在质量比β和无量纲延滞时间α一定,改变无量纲线弹簧刚度α和转动弹簧刚度b的情况下,Kelvin模型黏弹性圆柱体的前三阶模态无量纲复频率的实部及虚部与无量纲流速v之间的关系曲线图,分析了无量纲弹簧刚度对圆柱体动力特性的影响。     

软土基坑开挖对临近既有隧道变形影响研究

基坑开挖后,地基由于应力卸载而回弹,导致临近基坑的隧道发生变形,其变形大小不仅受基坑开挖卸载程度的影响,还与隧道所处的位置有关。依托宁波市地铁1号线盾构隧道工程,基于土体小应变硬化模型和二维有限元数值方法,开展软土基坑开挖对临近既有盾构隧道管片变形影响的数值模拟,分别采用单因素分析法和多因素分析法,针对不同基坑宽度、基坑开挖深度、隧道拱顶埋深以及隧道与基坑距离等影响因素,分析了隧道管片竖向和水平位移随不同影响因素的变化规律。结果表明：(1)基坑开挖影响下,既有隧道管片竖向位移和水平位移均随基坑开挖深度的增大而逐渐增大,隧道管片竖向位移方向表现为沉降,水平位移方向表现为向基坑方向产生位移,管片呈“横鸭蛋”状变形。(2)单因素和多因素分析方法结果表明,基坑开挖深度、隧道与基坑距离、基坑宽度均为影响隧道沉降和水平位移的重要因素,而隧道拱顶埋深产生的影响相对较小。     

岩-土交界面处超大直径过江盾构隧道地震响应特征

以武汉市三阳路超大直径过江“公铁合建”盾构隧道工程为依托,探讨了强震作用下岩-土交界面处隧道的损伤演化规律及地震响应包络特征。基于ABAQUS软件研发的动力有限元计算平台,建立了双隧道(含内部构件公路板与竖向隔板)-土体有限元模型,土体本构采用了修正的Davidenkov黏弹性动力本构模型,混凝土本构采用损伤塑性模型以模拟其开裂、损伤特征。计算结果表明:在岩-土交界面附近,盾构隧道衬砌的加速度、位移及应力响应均出现突变;由于隧道结构穿越了软硬土层,其破坏始于拱腰的退出工作,进而衬砌内部构件节点破坏,拱肩最后破坏;衬砌拱腰处的破坏区域均在岩-土交界面附近的软土层中;衬砌内部构件的存在使得超大直径衬砌拱侧的水平剪应力明显减小。     

高耸进水塔塔后回填高度对其抗震性能的影响

针对高耸进水塔塔后回填高度的选取问题,规范未给出通用的取值范围,在计算分析时一般只考虑塔后回填对塔体应力的影响,对塔后回填与基岩交接处的应力涉及较少。在保证进水塔稳定的条件下,采用ANSYS有限元分析理论,建立进水塔三维有限元模型,选用反应谱法计算了进水塔在地震作用下的动力响应,对比分析了不同塔后回填高度对进水塔结构自振频率、位移、塔体应力、回填与基岩交接处应力的影响程度。结果表明:塔后回填高度在一定范围内时,塔后回填能够有效提高塔体的自振频率,改善塔体的位移及应力,塔后回填混凝土与基岩交界面处的应力值有小幅度的增大;当塔后回填高度超过一定值时,回填高度的增加对塔体的自振频率、位移、应力的改善逐渐减弱,塔后回填混凝土与基岩交界面处的应力出现突增。综合分析得出此类进水塔合理的回填高度约为0. 64倍塔高。     

隧道地表沉降预测的黏弹模型

在隧道开挖及运行过程中,不可避免地会对岩土体产生扰动,引起隧道地表产生沉降,对于隧道地表沉降分析,目前尚无成熟的基于力学理论的解析模型。针对该问题,将水平隧道地表沉降问题近似为半无限空间内水平圆柱形孔洞受力收缩导致的边界位移问题,并通过求解弹性无限域内的轴对称平面应变问题,运用叠加原理推导得到含水平圆柱形孔洞的半无限空间地表沉降的弹性积分形式解析解。然后运用对应原理,将体积变形视为弹性,畸变视为Maxwell黏弹性,对地表沉降弹性积分形式解析解进行拉普拉斯变换,得到时空域上的地表沉降的黏弹性积分形式解析解,从而建立隧道地表沉降的黏弹模型。模型揭示隧道地表沉降槽宽度系数为0.6,与多地区沉降监测数据吻合良好,为隧道地表沉降预测提供了一套新的基于力学理论的方法。     

板桩支挡结构的应力与位移弹性理论解

基坑支护挡墙的应力及位移计算是进行基坑支护设计的关键,对保证基坑安全具有重要意义。因此,基于弹性理论,建立了挡墙应力及位移的计算模型;结合边界条件与相容方程,采用半逆解法得出了极限土压力条件下挡墙应力及位移分量解析解;并考虑土压力随挡墙侧向位移非线性变化,假定挡墙处于RB位移模式,引入有限位移条件下土压力-位移效应公式,修正挡墙应力及位移解析计算式,得出了有限位移条件下挡墙应力及位移分量解析解。同时,利用ADINA软件建立了基坑及挡墙的二维数值计算模型,将解析解与数值计算结果进行对比,两者符合较好,证明了本解析方法的正确性。研究结果表明：文中提出的有限位移条件下的解析计算公式,较将挡墙简单当做悬臂梁计算更为精确可靠,较数值计算更为简单便捷,并考虑了土压力随挡墙位移的非线性变化,可作为支护挡墙常规设计的工具,具有重要的实用价值。     

初始应力场对土坡稳定性分析结果的影响

为研究不同坡高、坡角和土体容重条件下初始应力场(按重力场考虑)对边坡稳定性分析结果的影响,应用有限元抗剪强度折减法对18个边坡进行了分析。结果表明:初始应力场对边坡坡脚产生的位移影响较大,不考虑初应力时的位移值大于考虑初应力时的位移值;初始应力场对坡脚剪应力的影响也较大,但这种影响弱于对坡脚位移的影响,不考虑初应力时的坡脚剪应力大于考虑初应力时的坡脚剪应力;初应力对边坡稳定安全系数的影响很小。