基于边界面的多隔舱筒形基础动力分析

多隔舱筒形基础作为近几年发展起来的海上风电基础结构,其稳定性能极大影响了风机的安全性。为研究在极端风荷载作用下筒形基础的稳定性,通过AR自回归线性滤波法,模拟脉动风速谱,采用边界面弹塑性动力本构模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS进行了三维动力数值分析,研究了该结构在随机风荷载作用下的沉降发展、动力响应和周围土体的孔压变化情况。研究表明:随着加载持续,筒体的水平位移、转角和竖向位移均呈缓慢增长趋势,同时筒体顶部水平位移远大于端部位移;基础内部土体孔压受分舱板影响,发展缓慢且小于基础外侧土体孔压,沿筒径方向,越靠近筒壁孔压越大;基础外侧,土体孔压随埋深的增加逐渐减小,最后趋于稳定;土体的应力路径逐渐向临界状态线靠近,但并未达到破坏标准。     

循环荷载作用下软土中吸力锚变形过程拟动力算法

针对静荷载与循环荷载共同作用下软土中张紧式吸力锚的变形失稳过程进行了研究,通过拟动力有限元法模拟了静荷载和循环荷载共同作用下模型锚变形过程,验证了拟动力算法的可行性。分析过程中采用考虑循环荷载作用历史的等效线性黏弹性计算模型描述饱和软黏土不排水循环动力响应,依据蠕变理论描述土单元的循环累积应变响应。基于ABAQUS有限元软件,借助拟动力黏弹塑性模型提出了一种既能描述土体循环动力响应又能获得土体变形循环累积过程的拟动力算法。通过编制脚本程序PYTHON,将计算土体循环动力响应的过程与分析土体变形累积的过程连接起来,使计算机自动完成整个拟动力有限元算法的分析过程,最终实现了不通过详细跟踪循环荷载作用历史即可获得软土中吸力锚在循环荷载作用下变形逐渐循环累积至失稳过程的拟动力算法。     

倾斜荷载作用下吸力桶承载性能分析

以砂土地基中吸力桶为分析对象,建立能够考虑主应力方向旋转的本构模型,通过数值分析方法进行积分,在不同荷载倾斜角度条件下研究等效塑性应变分布及土体主应力方向的旋转变化,分析倾斜荷载对吸力桶承载性能的影响。研究结果表明:等效塑性应变主要在桶壁外围和桶端下部等区域集中分布,桶体内部土体处于弹性变形状态;荷载倾斜角度对竖向荷载-位移关系的影响比较微弱,对水平荷载-位移关系的影响则比较显著;土体主应力方向在变形初期的旋转非常显著,随着倾斜角度的增加,主应力方向的旋转逐渐显著;当竖向位移在(0.05～0.10)D范围时,主应力方向达到稳定状态,不再旋转。     

复杂循环荷载作用后长江口原状淤泥质软黏土静强度弱化特性研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,对取自于长江口原状淤泥质软黏土,在不固结不排水条件下,分别进行了动三轴、45°线耦合以及圆耦合等多种复杂循环剪切试验及循环荷载作用后静三轴试验。结果表明,随着循环次数的增加,3种不同模式循环荷载作用产生的应变、孔压增量以及循环荷载作用后土的静强度衰减程度差异均变得越来越明显。对应相同循环剪切次数,双向耦合循环剪切要大于单向循环剪切产生的应变与孔压增量,双向耦合循环剪切后静强度衰减更加明显;而对于双向耦合循环剪切,圆耦合循环剪切大于45°线耦合循环剪切产生的应变与孔压增量,并且圆耦合循环剪切后静强度衰减更加显著。由此表明,主应力轴连续旋转会使土体产生更大的变形与孔压增量,并且使静强度显著降低。分别定义了广义综合剪应变及综合孔压增量比,并建议了循环荷载作用后静强度与广义综合剪应变、综合孔压增量比的关系。     

复杂循环荷载作用后长江口原状淤泥质软黏土静强度弱化特性研究

利用土工静力–动力液压三轴–扭转多功能剪切仪, 针对取自于长江口的海洋原状淤泥质软黏土，在不固结不排水条件下，分别进行了动三轴、45°线耦合以及圆耦合等多种复杂循环剪切试验及循环荷载作用后静三轴试验。结果表明，随着循环次数的增加，三种不同模式循环荷载作用产生的应变、孔压增量以及循环荷载作用后土的静强度衰减程度差异均变得越来越明显。对应相同循环剪切次数，双向耦合循环剪切要大于单向循环剪切产生的应变与孔压增量，双向耦合循环剪切后静强度衰减更加明显；而对于双向耦合循环剪切，圆耦合循环剪切大于45°线耦合循环剪切产生的应变与孔压增量，并且圆耦合循环剪切后静强度衰减更加显著。由此表明，主应力轴连续旋转会使土体产生更大的变形与孔压增量，并且使静强度显著降低。分别定义了广义综合剪应变及综合孔压增量比，并建议了循环荷载作用后静强度与广义综合剪应变、综合孔压增量比的关系。     

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。     

初始静荷载下的混凝土动力强度研究

在土木工程中,混凝土结构都不可避免的会承受动力荷载,并且混凝土结构的动力荷载总是在一定静力荷载基础上叠加的,但现有大多数研究都是基于材料直接承受动力荷载进行的,因此有必要研究初始静荷载对混凝土动力特性的影响。本文计算了含裂纹体在不同初始静荷载下的动力响应,在直接承受动力荷载的混凝土强度与加载速率关系基础上,研究了不同初始静力荷载下动力荷载惯性和破坏时间的关系;在适当简化下分析了初始静荷载对混凝土的动力抗拉、抗压强度的影响规律,对现有文献中的试验现象做出了定性的解释和定量的分析,可为混凝土结构动力分析提供参考。     

桶长对吸力桶基础承载特性影响的数值模拟研究

以某海域海上风电工程导管架吸力桶基础为研究对象,采用ABAQUS有限元数值模拟软件,开展不同桶长吸力桶基础的承载特性研究.结果表明,吸力桶基础水平与竖直承载力均随桶长增加而增加;水平荷载下,吸力桶基础顶部土体产生与荷载同向位移,底部土体则出现相反位移,吸力桶基础的破坏模式为旋转破坏;竖直荷载下,吸力桶底土体形成勺形破坏...     

粉质土重复振动液化与效果研究

在黄河口潮坪选择典型研究区进行振动试验，通过实时孔压监测、静力触探测试、十字板剪切测试及原状样土工测试对比，研究黄河口粉质土重复液化发生过程和液化后土体物理力学指标的变化特点，找出了液化过程中，硬壳层发育处土体的孔压和强度变化规律。研究发现：液化主要发生在硬壳层，表现为孔压迅速升高，土体强度降低；硬壳层上、下的土体，在循环荷载作用下强度均有所提高，上层土体强度提高相对显著，且表面发育一系列微型“泥火山”；循环荷载导致的孔压上升呈突变特征，循环荷载停止后孔压的消散呈渐变趋势；随着荷载循环次数增加，液化发生层深度向下扩展；粉质土灵敏度随循环荷载作用发生改变。循环荷载反复作用后土体多种指标变化特性沿深度具有显著差异性。     

循环荷载下重塑饱和粉黏土的动—静强度弱化规律研究

选取重塑粉质黏土作为试验土样,采用室内动静三轴试验系统研究循环荷载作用下土体的动静力学特性,动静强度的弱化规律,考虑了围压、频率、固结比、动应力比、循环次数5种因素对动静强度的影响。试验结果表明:承受循环荷载作用后土体与原土体相比总强度可能会增加也可能会降低,剪切时的孔压都会大于原土剪切时孔压。可以统一的是所有承受循环荷载作用后土体有效强度都会降低。通过对强度进行无量纲化处理,引入了动弹性应变和动弹性孔压,确定了动弹性应变与有效强度比,动弹性孔压与有效强度比关系符合指数模型,并提出来适用于衰减系数与动弹性应变,衰减系数与动弹性孔压的对数函数模型。     

新型桶式基础防波堤单桶桶壁土压力数值分析

对于软土地基上的新型桶式基础防波堤,其稳定性分析的关键是桶壁土压力分析。根据实际工程,通过数值模拟,分析了不同荷载水平、不同荷载作用点高度、不同土质状况下桶壁土压力的分布规律。分析发现,不同情况下的软土地基新型桶式基础防波堤,桶壁土压力分布区域可分为海侧圆弧端主动土压力区、两侧直壁端静止土压力区及陆侧圆弧端被动土压力区。经与理论计算的Rankine 主动、被动土压力和静止土压力的对比分析发现,海侧主动区的土压力与陆侧被动区土压力分别介于主动土压力与静止土压力、静止土压力与被动土压力之间,两侧直壁端的桶壁土压力与静止土压力比较接近。在两端圆弧段,桶壁土压力沿深度分段线性分布,且单宽桶壁土压力合力与荷载水平呈线性关系。当荷载作用点的高度发生变化时,桶壁土压力的分布规律相类似。基于桶壁土压力的分布形式,提出了桶壁土压力的简化计算方法,为计算桶体稳定性带来方便。     

含地下水的回填砂土重力式岸墙地震残余角位移的拟静力计算

引用液化度指标考虑含地下水的回填砂土地震过程中的超静孔隙水压力对墙体运动的影响,基于Mononobe_Okabe拟静力法修正考虑液化度的动主动土压力,根据静力水压力理论近似计算土颗粒里的动水压力。同时考虑了水平与竖向地震载荷,根据力矩极限平衡确定旋转门槛加速度系数,采用旋转块体方法计算岸墙主动旋转运动下的地震残余角位移。选用一理想的地震运动特征,应用该简单预测位移的方法对一算例进行了推算;并对回填砂土内摩擦角、墙体与土间摩擦角、水平与竖向地震加速度系数、回填土地下水位、墙前自由水位和码头墙宽高比多种参数下     

河湖底轴驱动翻板生态闸门静动力特性分析

底轴驱动翻板闸门作为一种新兴河道景观闸门,由于其良好的生态效益在河道水利工程中有着广泛的应用。但是该类型闸门应用时间较短,其结构设计理论尚未成熟,对相关的有限元计算方法的研究也不足。为此,以底轴驱动翻板闸门为研究对象,总结了该类型闸门数值模拟静、动力特性的分析计算方法。以某工程为例,采用CFD-CSD耦合数值计算方法探究了底轴驱动翻板闸门结构运行时在水压力作用下的静、动力特性。首先对各个开度运行工况下闸门的水压力进行数值模拟计算,进一步采用单向流固耦合方法将计算得到的水荷载施加在闸门结构上,分析得出闸门各构件应力及位移随开度的变化趋势。再对闸门结构的干、湿模态进行分析,研究闸前水体对闸门自振模态与频率的影响。研究结果表明：各构件应力和变形在闸门全关闭工况时达到最大值,闸门整体最大应力值为200.79 MPa、最大位移值为47.703 mm,应力和位移随闸门开度的增大而逐渐减小;闸门的自振特性受闸前水体的影响显著,在研究该闸门动力特性时,需要考虑流固耦合效应。     

地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性的影响

以某水库堤坝为研究对象,研究了地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性的影响。先分析地震荷载引起的渗流场时程变化,再与应力场进行耦合,分析坝坡稳定性。渗流场和震动场分析采用有限元法,坡体稳定性分析采用极限平衡法。结果表明:地震作用会激发超孔隙水压力的增长,是否考虑地震荷载和孔压变化的耦合效应会使得稳定性分析结果有较大差异。不考虑该耦合作用时,边坡易发生浅层滑动,滑动面较平坦,易高估堤坝的抗震稳定性;考虑该耦合作用时,滑面位置明显深入,易发生深层滑动。孔压的累积效应可能是两相介质边坡动力失稳的关键因素。因此,地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性分析具有至关重要的作用。     

冲击荷载下塑料排水板间距对超软土地基固结效果的影响

对静动力排水固结法加固超软土地基而言,塑料排水板布置方式、间距、插入深度及其井阻与涂抹作用等都直接影响着加固效果。以广州某化工品仓储区工程为例,分析了冲击荷载下塑料排水板间距对超软土地基固结效果的影响,结果表明:在同种塑料排水板布置方式和相同插板深度下,不同排水板间距,固结效果不一样;在不存在底部透水层的条件下,排水板的间距越小,加固效果越好;冲击荷载作用后孔隙水压力逐渐消散,土压力和沉降量得以持续增长。此外,在反映静动力排水固结法中动力荷载、静力和排水体系相互之间的适应关系基础上,建立了冲击荷载作用下淤泥地基排水板间距L的定量模型,为一般的工程人员做设计应用提供了方便,对类似的软土地基处理工程有借鉴或指导意义。     

含地下水的回填砂土中重力式岸墙地震残余角位移的拟静力计算

地震残余角位移的预测是重力式岸墙地震工程设计中的关键问题。引用液化度指标考虑含地下水的回填砂土地震过程中的超静孔隙水压力对墙体运动的影响,基于Mononobe-Okabe拟静力法修正考虑液化度的动主动土压力,基于静力水压力理论近似计算土颗粒里的动水压力。同时考虑了水平与竖向地震载荷,根据力矩极限平衡确定旋转门槛加速度系数,采用旋转块体方法初步推导出岸墙主动旋转运动下的地震残余角位移的简单计算法。选用一理想的地震运动特征,应用该简单预测位移的方法对一算例进行了推算;并对回填砂土内摩擦角、墙体与土间摩擦角、水平与竖向地震加速度系数、回填土地下水位、墙前自由水位和码头墙宽高比多种参数下对旋转角位移的影响作了详细的定性分析。     

Monopile responses to monotonic and cyclic loading in undrained sand using 3D FE with SANISAND-MSu

Monopile response under undrained conditions in sand is gaining increasing interests owing to the recent development of offshore wind farms in seismic regions. Pore pressure evolution in liquefiable soil can significantly reduce the strength and stiffness of the soil which in turn affects the structural dynamic response. Several numerical models have been developed in the last two decades to enhance understanding of the mechanism of monopile–soil interaction with the existence of pore water pressure. In this study, the effects of geometry and static vertical load on monopile lateral response were studied using three-dimensional finite element methods that consider the existence of lateral cyclic load-induced pore water pressure. To achieve reliable simulation results of pore pressure development and pile displacement accumulation during cyclic loading, the simple anisotropic sand model with memory surface for undrained cyclic behavior of sand was adopted. For piles with the same diameter, a accumulated pile head displacement during lateral cyclic loading decreased linearly with increasing pile embedded length but increased with increasing eccentricity. Static vertical load had minor effects on pile cyclic lateral response. The distributions of mean effective stress and pore water pressure in the soil domain were presented. The pile reaction curve (cyclic soil reaction against pile defection) of the monopile was extracted. The numerical results aim to provide reference for optimized engineering design procedures.