沿深度强度增加软土中吸力锚循环承载力模型试验

采用分层底部真空预压技术,在模型试验箱内制备了强度沿深度增加的模型试验土层。进而利用自行开发的电动伺服加载装置,在荷载控制方式下,针对水平破坏模式,进行了2种直径的吸力锚在最佳系泊点受倾斜方向静荷载与循环荷载共同作用下的承载力模型试验。试验结果表明,循环荷载作用过程中,锚的循环变形没有明显增加,导致锚破坏的是循环累积变形。强度沿深度增加软土中吸力锚循环承载力的相对变化规律和均一强度软土中吸力锚循环承载力的相对变化规律一致,当循环破坏次数为100时,循环承载力是静承载力的90%左右;当循环破坏次数增加至2 000时,循环承载力减小至静承载力的70%左右。锚径的变化只影响循环承载力的大小,不影响循环承载力的相对变化。对强度沿深度增加土层中的吸力锚,循环荷载导致的吸力锚竖向阻力弱化程度大于水平阻力弱化程度,这也与均一强度土层中吸力锚受循环荷载作用时的性态一致。     

沿深度强度增加软土中吸力锚循环承载力模型试验

采用分层底部真空预压技术,在模型试验箱内制备了强度沿深度增加的模型试验土层。进而利用自行开发的电动伺服加载装置,在荷载控制方式下,针对水平破坏模式,进行了2种直径的吸力锚在最佳系泊点受倾斜方向静荷载与循环荷载共同作用下的承载力模型试验。试验结果表明,循环荷载作用过程中,锚的循环变形没有明显增加,导致锚破坏的是循环累积变形。强度沿深度增加软土中吸力锚循环承载力的相对变化规律和均一强度软土中吸力锚循环承载力的相对变化规律一致,当循环破坏次数为100时,循环承载力是静承载力的90%左右;当循环破坏次数增加至2 000时,循环承载力减小至静承载力的70%左右。锚径的变化只影响循环承载力的大小,不影响循环承载力的相对变化。对强度沿深度增加土层中的吸力锚,循环荷载导致的吸力锚竖向阻力弱化程度大于水平阻力弱化程度,这也与均一强度土层中吸力锚受循环荷载作用时的性态一致。     

波浪荷载对SPM重力锚承载力影响的研究

为确保重力锚在工程中的安全使用,基于弹塑性增量有限元方法,分析了波浪荷载作用下重力锚周围海床动力响应规律以及重力锚水平承载力的变化规律。通过分析发现:波浪荷载作用下,锚底土体超孔隙水压力呈波动式上升,累积超孔压比最高可达０．９左右,从而使土体有效应力减小导致重力锚的水平承载力下降;且锚前沿土体塑性应变随循环周次的增加而逐渐累积是重力锚的水平承载力下降的另一主要原因。并得出随着土体弹性模量、黏聚力和内摩擦角的增大,土体累积超孔压逐渐减小;弹性模量越大,重力锚前沿土体的累积塑性应变数值也越大;然而随着黏聚力和内摩擦角的增大,重力锚前沿土体的累积塑性应变数值在减小。     

循环荷载作用下软基上大圆筒结构弹塑性有效应力分析

采用隐式积分算法将改进的剑桥弹塑性动力本构模型引入大型通用有限元软件ABAQUS,对循环荷载作用下软土地基与大圆筒结构耦合系统的失稳破坏机理进行了探讨.与前人的循环三轴试验结果比较表明,该模型可以合理的模拟软黏土在循环荷载作用下的变形、孔压累积效应.进而基于忽略土骨架和孔隙水惯性效应的广义Biot固结理论的简化形式,建立软基上大圆筒结构的有效应力分析模型,探讨不同幅值循环荷载作用下结构的不同变形模式以及失稳机理.计算结果表明:当循环荷载幅值较大时,大圆筒结构与地基耦合系统的瞬时位移较大,而残余变形相对较小;而当循环荷载幅值较小时,大圆筒结构与地基耦合系统的残余位移相对较大.     

海上风力发电伞式吸力锚基础承载规律试验分析

为了考察新型海洋伞式吸力锚基础(USAF)在不同载荷环境下的工作特性,通过室内土箱试验设计了3种加载方案:水平静力加载、水平循环加载和静力抗拔试验,在黏质粉土模拟海床中较系统的研究了海洋USAF基础的承载特性和锚土相互作用规律。水平静力加载试验中重点分析了分级加载后锚体荷载位移变化规律,绘制了荷载位移归一化曲线用来判别锚体正常工作状态下的极限水平承载力。水平循环加载下,拟合了土体塑性累积变形与循环周次的关系式,模拟了USAF在波浪低频荷载和一次风暴潮作用后的锚体变位响应。静力抗拔试验中,发现并阐述了锚体在上拔过程中的"分段现象",运用动力学原理建立了一种确定USAF基础最大抗拔荷载的搜索方法,并比较了锚体上拔过程中上拔加速度,主筒负压值与上拔荷载的关系,试验结果对USAF基础的工程具有指导意义。     

饱和软黏土循环累积变形简化计算方法研究

本文依据循环荷载作用下软黏土循环累积变形随循环荷载作用次数的变化趋势与静力荷载作用下土体蠕变随时间的变化趋势相类似这一特点,将循环荷载作用次数看作时间度量单位,依据蠕变理论,建立了一种计算饱和软黏土循环累积变形的拟静力弹塑性有限元简化计算方法。该方法的基本思路是:首先,针对已有室内三轴试验得到的土单元循环累积应变随循环次数的变化关系,采用幂函数形式对其进行拟合,并利用线性插值方法确定任意应力状态下土单元的循环累积应变势;进而,借助ABAQUS有限元软件的接口程序建立了饱和软黏土循环累积变形的简化计算模型;最后,通过有限元计算求得某一循环次数下土单元的循环累积应变。采用该方法对三轴试验结果进行预测,并与试验结果进行比较,结果显示二者基本重合,验证了该简化计算方法的可行性。进一步,将这一方法应用到某一桩基工程实例中,分析了桩基结构的循环累积变形,分析结果显示,在循环荷载水平较低的情况下,随着循环荷载作用次数的增加,结构变形值趋于稳定。在循环荷载水平较大的情况下,随着循环荷载作用次数的增加,结构循环累积变形加速增长,使结构趋于破坏。     

适用于饱和黏土循环动力分析的新型边界面塑性模型

为了合理评估嵌入式海洋工程结构在海洋环境中的动力响应和工作性能,有必要建立一种形式简单且能真实模拟饱和土体复杂动力特性的本构模型。本文基于广义各向同性硬化准则提出了适用于描述循环荷载作用下饱和黏土复杂动力特性的新型边界面塑性模型。模型引入广义各向同性硬化中心,实现边界面的等向硬化和运动硬化,以反映循环荷载作用下饱和黏土各向异性的演化。同时,土体的连续循环加载过程被分为三类加载事件：初始加载、卸载和再加载事件,采用不同的插值公式计算其塑性模量,以模拟循环塑性应变和孔压的累积;以该硬化中心作为映射中心,从而体现土体在卸载过程中产生的塑性变形,合理地模拟循环荷载作用下土体应力应变关系的滞回特性。应用该模型对饱和黏土在短期较高应力水平下和长期低应力水平下的循环动力特性进行预测,并与相关文献中的试验数据比较,证明了该模型的合理性。     

适用于饱和粘土循环动力分析的新型边界面塑性模型

为了合理评估嵌入式海洋工程结构在海洋环境中的动力响应和工作性能，建立一种形式简单且能真实模拟饱和土体复杂动力特性的本构模型显得极为必要。本文基于广义各向同性硬化准则提出了适用于描述循环荷载作用下饱和粘土复杂动力特性的新型边界面塑性模型。模型引入广义各向同性硬化中心，实现边界面的等向硬化和运动硬化，以反映循环荷载作用下饱和粘土各向异性的演化；同时，土体的连续循环加载过程被分为三类加载事件：初始加载，卸载和再加载事件，采用不同的插值公式计算其塑性模量，以模拟循环塑性应变和孔压的累积；以该硬化中心作为映射中心，从而体现土体在卸载过程中产生的塑性变形，合理地模拟循环荷载作用下土体应力应变关系的滞回特性。应用该模型对饱和粘土在短期较高应力水平下和长期低应力水平下的循环动力特性进行预测，并与相关文献中的试验数据比较，证明了该模型的合理性。     

倒T型导管墙桩基防波堤循环承载力有限元分析

为考虑软土地基循环软化效应,通过二次开发将软土的循环强度嵌入大型通用有限元软件ABAQUS平台中,基于拟静力分析建立倒T型导管墙桩基防波堤结构稳定性计算模型。通过有限元法分析了结构在波浪荷载作用下的循环承载力,并探讨了土体循环软化效应对结构破坏模式产生的影响以及结构尺寸参数对循环承载力的影响。研究结果表明:考虑土体循环软化效应时倒T型导管墙桩基防波堤结构的循环承载力较不考虑土体循环软化效应时极限承载力明显降低,降低程度在28.72%~41.20%之间;考虑土体循环软化效应后,该结构破坏模式有可能发生改变,其破坏模式可能由桩身屈服引起结构失稳转化为土体强度不足导致结构破坏。     

循环荷载作用下软粘土的累积变形特性的研究

研究了海洋原状软粘土的不固结、不排水动力特性，依据循环三轴试验结果，分析得出了一种描述海洋软粘土受到循环荷载作用时的累积变形的简便表达式，把软粘土的循环累积变形与其受到的静应力、循环应力以及循环次数的关系统一表示出来，为研究海洋软粘土的地基变形和承载力提供了便于应用的研究结果．     

基于ABAQUS无限元的静-动力统一人工边界研究

对于强震作用下的大变形和非线性问题,叠加原理不能被用来计算结构的静-动力综合效应,这就涉及到静、动力边界转换或静-动力边界统一的问题。静-动力边界转换法较为繁琐,且如果不施加由静力边界条件引起的节点约束反力,模型存在不平衡力或不平衡力矩,造成计算结果失真。黏弹性静-动力统一人工边界在结构受切向静力作用时数值解精度不够理想。为了既方便又精确地计算结构的静-动力综合效应,提出了利用无限元建立静-动力统一人工边界,推导出适用于外源波动输入的等效节点力计算公式;基于Python语言,编写了等效节点力计算与施加为一体的程序。这种边界不需要进行静力、动力边界转换、应力场的导入以及边界节点约束反力的施加。无限元静-动力统一人工边界实现相对简单,且数值解精度高于静、动力人工边界转换法和黏弹性静-动力统一人工边界,特别是在切向静力的作用下。     

岩质边坡弹塑性地震响应分析

在进行高边坡抗震设计分析时,采用动力有限元数值模拟法较为普遍。但当地震作用致使边坡岩体部分已进入塑性状态且变形加大时,若仍然采用线弹性方法来分析,则存在较大误差。为此,采用弹塑性动力方法计算静力与地震动全平衡状态的弹塑性边坡地震响应,对岩质边坡弹塑性动力状态进行了尝试性探讨,分别输入2条等峰值加速度、不同特征周期和持续时间的地震波,结合边坡的固有频率特性,着重分析常用于抗震设计的地震动参数峰值加速度及累积塑性应变的地震响应规律。结果表明,输入相同峰值、不同特征周期和持续时间的地震波,地震响应累积塑性应变有明显差异;对地震波来说,尽管峰值相同,但持续时间与频谱特性不一样,地震效应存在较大差异。因此,在进行边坡抗震设计计算时,地震波选取一定要慎重,应具体问题具体分析,否则有可能得到不真实的抗震安全评价结果。     

两种明置基础条件下ABAQUS动力基础响应分析可行性探讨

近期超大型、特种化、高精密等各类新型设备不断涌现,给国内现行《动规》中依赖经验参数的简化分析法提出了重要挑战与难题。基于ABAQUS有限元法,给出了本构、接触面、边界等选取方法;以弹性半空间理论建立的国际规范法和质-阻-弹模型建立的国内规范法为参考,对底面直径6 m圆形、6 m×6 m方形明置基础建立模型,分别施加简单正弦荷载、耦合正弦荷载进行计算。对比结果发现:有限元法与国际规范法的计算结果基本一致,互相印证了其可行性,而国内规范法计算结果与两者有一定差异。国际规范法的运动耦合模型相比更为科学,但计算过程复杂;国内规范法的运动耦合模型较为简化,计算刚度、固有频率相比偏大;有限元法能考虑复杂耦合运动、土体参振质量等,并可求解周围土变形分布与规律。     

低动应力下岩石分数阶Burgers本构模型

动荷载下岩石变形特性是岩土工程界的常见问题之一。为研究岩石低动应力下变形特性,基于分数阶微积分构建分数阶黏壶,将分数阶黏壶替换Burgers模型中Maxwell常值黏壶,建立了可反映低动应力荷载作用下岩石变形规律的分数阶Burgers模型(Fractional-order Burgers Model,FBM)。将动荷载分解为一个静力荷载和一个平均应力值为0的循环荷载,基于流变力学理论给出了静力作用下基于分数阶Burgers模型的岩石流变本构方程,再根据黏弹性力学理论,考虑岩石损伤、裂隙及塑性变形对动荷载下岩石储能柔量和耗能柔量造成的影响,引入储能和耗能柔量变化量,构建了循环荷载下基于分数阶Burgers模型的岩石动态响应本构方程式,最后将已获得的岩石流变本构方程式与动态响应本构方程式叠加,即得到一种新的岩石本构方程。与已有的试验结果相比,改进Burgers模型可较好地描述低动应力状态下岩石减速、等速2个阶段的变形特征,且模型参数可运用数值方法简便得到。     

基于 ABAQUS的面板砂砾石坝三维动力有限元分析

建立了新的有限元分析方法,为准确合理地进行面板砂砾石石坝的三维动力有限元分析提供参考。在对砂砾石料的动力本构模型及其分析方法进行分析与选择的基础上,利用ABAQUS软件实现砂砾石的动力等效线性粘弹性模型,对一座已建成的高面板砂砾石坝进行了地震响应分析,重点分析大坝的反应加速度、动位移和残余变形等动力反应情况。结果表明:坝体在地震作用下的响应不强烈,但在顺河向地震作用下坝顶出现鞭梢效应,需采取相应的抗震工程措施。     

无限元在地基基础-坝体体系数值分析中的应用

为考虑坝体-地基共同作用,建立了有限元-无限元耦合模型.阐述了有限元与无限元耦合模式的基本原理.运用ABAQUS软件对一具有精确解的平面问题分别进行了有限元、有限元-无限元耦合分析,验证了引入无限元模拟无限域或半无限域问题的正确性和精确性.利用其对亭子口升船机坝段做了静动力分析,并与常规有限元法进行了比较.结果表明,采...     

基于广义塑性模型的加筋面板堆石坝数值模拟

为研究地震作用对混凝土面板堆石坝采用的混凝土是否加筋有何影响,基于堆石料的静动力大三轴试验结果,构造了能考虑剪应力水平影响和堆石料颗粒破碎的一个简洁塑性模量表达式,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型。本构模型模拟曲线与三轴静动力试验曲线的对比结果表明:该模型能较好地模拟堆石料在低围压下的剪胀性和高围压下的剪缩性,以及在循环荷载作用下的滞回效应、硬化特性和循环致密性等复杂应力状态。此外,利用该模型的高面板堆石坝动力有限元计算结果表明:加筋前后地震加速度和永久变形的分布规律一致。加筋对大坝的地震反应加速度影响较小,却可有效地减小大坝的地震永久变形;加筋对顺河向地震永久变形的抑制作用大于震陷。加筋间距越小,大坝的地震永久变形越小,但地震永久变形的减小幅度逐渐降低。研究成果可为混凝土面板堆石坝的施工设计提供参考。     

渡槽薄壁结构弹塑性动力分析模型及试验验证

本文提出了渡槽薄壁结构弹塑性动力分析模型，该模型集渡槽薄壁结构线弹性模型和非线性多弹簧模型为一体，并充分考虑了薄壁结构截面两向弯矩和轴向变形对单元的动力特性影响，应用多弹簧等效关系模拟结构塑性铰区的非线性滞回特性。通过预应力钢筋混凝土渡槽槽身以及高强混凝土渡槽支架模型的低周反复荷载拟静力试验，研究了渡槽槽身以及支架的非线性荷载-位移滞回特性。应用本文提出的弹塑性动力分析模型对拟静力试验过程中的荷载-位移滞回曲线进行了数值模拟计算。计算结果表明，模拟数值解与模型试验所得滞回曲线符合良好，从而验证了本文渡槽薄壁结构弹塑性动力分析模型的正确性。     

“另类单元生死”在大坝等结构施工仿真中的应用

ABAQUS/Explicit显式有限元适用处理高度非线性事件,但是ABAQUS/Explicit没有类似于隐式有限元的"单元生死"。为此,提出通过ABAQUS/Explicit模块中有限元模型和应力变形场等数据传递方式来模拟"单元生死",并将此方式定义为"另类单元生死"法。然后基于"另类单元生死"法,模拟了小湾拱坝的施工过程。计算结果与Ansys隐式计算相差不大,表明在ABAQUS/Explicit显式有限元计算中,用"另类单元生死"法模拟施工正确而且实用。