基于块体集上限法的砂土中条形锚板抗拔承载力分析

运用块体集上限法详细分析了砂土中条形锚板的抗拔承载特性。首先分析了砂土中水平条形锚板的抗拔承载力，并与已有文献中的极限分析上限解、极限平衡解和模型试验结果等进行了详细对比，验证了本文分析的有效性。对比结果表明本文块体集上限分析的求解精度要高于多块体上限法和极限分析有限元法，具有较大的优越性。运用块体集上限法分析了条形锚板的破坏面特性，对不同土体内摩擦角和不同锚板埋深比（H/B）条件下砂土中条形锚板的破坏模式及其变化规律进行了详细的分析研究。     

不排水黏土中深埋锚板的抗拔承载力

针对不排水均质黏土中深埋条形锚板和圆形锚板,分别构造两种简单的机动容许速度场,利用塑性力学极限分析的上限法求解锚板的极限抗拔承载力。采用非线性有限元方法对构造的速度场和承载力计算结果进行了验证。与现有的相关解答对比可知:本文上限解与已有的上限解或滑移线场解答较吻合。提出的速度场合理、简单,并严格符合机动容许场的要求,便于实际应用,能为工程设计提供参考依据。     

基于组合块体集的浅埋条形锚板上限分析

 基于极限分析法的基本原理以及集成与组合的思路,推导组合块体集的内能耗散和重力做功,运用组合的思想构造斜坡地形下浅埋水平条形锚板的运动许可速度场。首先分析地表水平条件下法向受力水平条形锚板抗拔承载力,并与文献中已有解和模型试验进行对比,验证块体集上限法的优越性。然后详细研究斜坡地形条件下土体重度、不排水抗剪强度、斜坡倾角等因素对条形锚板抗拔承载力和破坏面形状的影响。分析结果表明：重力叠加法并不适用于斜坡地形情况;随着斜坡倾角的增大,锚板的破坏面向坡角方向倾斜;锚板埋深比越大,斜坡倾角的影响也越显著。块体集上限分析方法构造简单,求解快捷,能够为工程设计提供依据。     

抗拔锚板基础承载力研究

以原位及室内试验资料为基础，研究了抗拔锚板（包括长方形，圆形以及条形锚板）受竖直荷载作用下的破坏形式，并建议了相应的破裂面方程，以此为基础，运用极限平衡原理分析了锚板基础的抗拔承载力，并与已有的极限分析成果进行了比较。     

砂土中锚板抗拔承载力研究

首先回顾了砂土中锚板抗拔承载力理论与公式,然后进行密实度不同的砂土中的模型锚板上拔试验,结合以往的研究成果,阐明了砂土密实度、锚板埋深率、锚板的几何形状和上拔倾斜角度对锚板承载能力的影响,并对锚板极限承载力的计算公式进行了评价。按照从条形锚板到矩形锚板、从竖直锚板到倾斜锚板的思路,引入形状系数和倾斜系数,提出了方便工程应用的砂土中浅埋锚板统一抗拔极限承载力计算公式,并对模型试验的尺寸效应和计算公式与现场实测的比较作了说明。     

抗拔锚板基础承载力研究

以原位及室内试验资料为基础 ,研究了抗拔锚板 (包括长方形、圆形以及条形锚板 )受竖直荷载作用下的破坏型式 ,并建议了相应的破裂面方程。以此为基础 ,运用极限平衡原理分析了锚板基础的抗拔承载力 ,并与已有的极限分析成果进行了比较。     

基于离散元方法的锚板形状对极限抗拔力影响研究

考虑到现有的板锚极限抗拔力计算方法多只考虑了常规形状锚板的情况,结合离散元计算方法,定量化研究锚板形状对极限抗拔承载力的影响。结合函数拟合手段,在圆形锚板极限承载力计算基础上,提出了一种可以考虑形状效应的便于工程应用的简化计算公式。结果表明,在面积不变的情况下,将锚板设计成狭长形状时承载力更高,简化计算公式可以在具体的初步工程设计工作中加以应用。     

水平荷载作用下深埋锚板变形分析

根据Mindlin应力解，研究了长方形深埋锚板(当然也可以是圆形或其他形状的锚板)承受水平抗拔荷载下的应力状态，提出采用修正分层总和法计算深埋锚板变形特性的新方法。新方法能考虑土体三向应力状态以及土的非线性对锚板变形的影响，通过一实例的分析表明，该方法能合理地预测深埋锚板的变形。     

黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体上限解

 为了将多块体上限法拓展应用到饱和黏土基坑抗隆起稳定性分析中,提出支护墙体刚性条件下,用于饱和黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体相容破坏模式,并给出相应的上限计算能量方程。为检验多块体上限方法的应用情况,结合实际工程案例以及针对基坑宽度、坑底基岩埋置深度、支护墙体与土体间侧摩阻、支护墙体入土深度和土体强度非均质等对抗隆起稳定存在影响的因素进行计算和分析,并将多块体上限法计算结果与基于Terzaghi模式及Prandtl模式的上限解、Faheem强度折减有限元计算结果、Ukritchon的极限分析有限元计算结果做了广泛的对比。通过对比可以发现,所给出的多块体上限解是所讨论上限解中最优的,计算结果与Ukritchon的极限分析上限有限元计算结果较为接近,而多块体上限方法与Ukritchon的极限分析上限有限元相比,更容易实现,计算量也要小得多。通过大量计算以及与其他方法的对比可以发现,多块体上限方法在黏土基坑抗隆起中的应用是比较成功的。     

基于弹性有限元的虚拟加载上限分析方法

构造连续相容的塑性变形场是MSD法的关键所在,但塑性变形场难以构造并且无普遍适用的构造方法。本文通过弹性有限元实现了虚拟加载上限法,真正解决了MSD类方法变形场构造困难的问题。其可同时获得给定位移下的荷载及相应的速度场,并将传统塑性上限分析中耗时的最优化分析等效为迭代计算。应用弹性有限元虚拟加载上限法分析了二维水平受荷桩、条形基础及条形锚板这3个土力学的经典问题,其获得的荷载–位移曲线和弹塑性有限元分析结果一致,并且其极限承载力逼近公认的塑性解,验证了本文方法分析整个加载过程的有效性。通过分析加载过程中的速度场,发现本文方法都是从同一初始速度场开始随迭代逐渐演化,在极限位移加载量下迭代收敛后获得的速度场和最优塑性破坏机构相似。本文方法可用于研究一些塑性速度场难以构造的复杂问题。     

黏土中隧道垮落的塑性分析和数值模拟

~~黏土中隧道垮落的塑性分析和数值模拟@谢骏$伦敦南岸大学!伦敦~~     

加锚岩质边坡稳定性评价的极限分析上限法研究

基于极限分析上限法的基本原理,考虑岩石锚杆的支护效应、地震作用力和裂隙水压力的影响,提出加锚岩质边坡稳定分析计算模型。通过该岩质边坡极限分析上限法计算模型,可以将滑体按照滑裂面和侧向结构面离散为不同的滑体单元,并可构建一个机动许可的速度场。根据相关联流动法则和位移协调条件,相邻滑体单元的移动不能导致它们重叠或分离,进而可以得到应变速度场的数学表达式。应用该计算模型,不仅可以合理计算出由滑体自重、地震力、裂隙水压力和锚固力所做的外力功率,而且可以得到产生于滑体底滑裂面和侧向结构面的内能耗散。根据滑体处于极限状态时两功率相等(虚功率方程)的条件,可以推导得到加锚岩质边坡的极限分析上限法稳定系数计算公式。通过典型算例的稳定性分析计算表明,考虑裂隙水压力和地震作用力的边坡稳定系数将会减小,而合理加锚后稳定系数将会得到提高。     

基于可行弧内点算法的上限有限单元法优化求解

上限有限单元法将寻找机动相容速度场的问题转化为一个数学规划问题,克服了人为构造机动相容速度场的困难,在复杂工程问题中具有广阔的应用前景。基于非线性规划的上限有限单元法,可避免对屈服函数的线性化处理,大大地减少了优化变量数,同时可节约大量存储空间,但由此产生的非线性规划模型十分复杂。为此,在引入一种非线性上限规划模型的基础上,探讨基于可行弧内点算法对其进行优化求解的步骤。首先,采用BFGS公式对屈服函数的Hessian矩阵进行迭代,避免了计算过程中该矩阵病态的问题;其次,通过构造可行弧,克服了当迭代点到达非线性约束边界时搜索步长过短的问题;最后,采用Wolfe非精确搜索技术进行线性搜索,提高了步长搜索效率。通过MATLAB编程进行算例分析表明,基于可行弧内点算法的非线性上限有限单元法,计算效率高、计算误差小、数值稳定性好,可以适应大部分土体稳定性分析计算。     

节理岩质边坡的块体元塑性极限分析下限法

结合块体元和塑性极限分析,并利用数学规划的方法,提出了一种新的岩石边坡稳定分析方法-块体元塑性极限分析下限法。针对节理岩体的力学特性,将岩体离散为块体–结构面组成的块体系统,假定块体为刚体;以结构面应力为未知量,根据塑性极限分析下限定理,构造了满足平衡方程、边界条件和屈服条件的静力许可应力场;建立了边坡稳定的下限法数学规划模型,并通过非线性规划方法寻求问题的下限解。最后对三个典型的算例进行分析,结果表明:采用本方法不需要逐个计算可能的滑动形式,而直接得到边坡稳定安全系数,结果同刚体极限平衡法十分接近。     

非线性破坏准则对竖直边坡稳定性分析的影响

在上限分析理论基础上，研究非线性Mohr-Coulomb破坏准则下的竖直边坡稳定性问题。首先，通过“切线法”引进变量；其次，根据上限定理对边坡稳定性问题建立含有变量的速度场，将稳定性问题变为含有多变量的非线性规划问题；最后，根据“序列二次规划算法”求出上限非线性规划问题的最优解。通过上限解和前人的研究成果的比较表明，该方法是有效和正确的。     

上限有限元定理在挡土墙土压力问题中的应用

在上限定理的基础上,将墙后土体离散为三角形单元,在单元中构造线性速度场,根据相关联流动法则以及边界条件建立约束方程,引入数学规划方法寻求挡土墙土压力为三角形分布时的土压力系数的上限解。通过具体的算例说明该方法是一种有效的数值方法。     

楔形体稳定的塑性极限分析下限法

楔形体稳定分析一般采用刚体极限平衡法,然而该方法仅使楔形体的部分平衡条件得到满足,而且还对滑动面反力做了一些假定,由此导致了计算结果不一定是真实的。结合极限分析与块体元法,提出了楔形体稳定分析的下限解法,没有对楔形体的破坏模式、滑动面反力及滑动面数量做任何的假定。采用块体元法的离散思想,将楔形体离散为块体-结构面组成的系统;根据下限定理,构造了满足完全平衡条件、边界条件和屈服条件的静力许可场;建立了下限法数学规划模型,并通过非线性规划获得楔体稳定严格的下限解。3个典型算例验证了本文方法的正确性及可行性。     

浅埋软土隧道稳定性极限分析

稳定性分析在浅埋软土隧道工程设计中占有重要位置.本文应用极限分析理论的上限原理及有限元法求解隧道的稳定系数,明显改善了既有的上限分析结果,并且同下限分析结果很接近,因此可以更好地界定准确解的范围.此外,有限元优化的机动可容许破坏速度场有助于理解浅埋软土隧道的破坏机制.本文所用的有限元极限分析方法也适用于研究其他土体结构的总体稳定性.