基于偶应力理论的拉格朗日乘子约束的四结点杂交元法

在约束转动的偶应力理论中,有微转动和宏观转动相等的约束条件,目前的研究对于此约束条件的引入大都是采用罚函数法,罚函数法与其他引入约束条件的方法相比要求相对弱一点,容易实现,但罚函数值的选择有一定的困难,不利于偶应力理论的推广应用,以拉格朗日乘子来引入此约束条件,避免了罚函数法的缺点.为了满足偶应力问题对单元位移试解的c1连续性要求,采用四结点杂交元来构造有限单元法的基本单元.数值算例验证了本文方法具有精度高和稳定性好的特点.     

基于抗崩解特性的全风化花岗岩地层注浆参数设计方法

全风化花岗岩遇水极易崩解破坏,受工程扰动后常诱发突水突泥等地质灾害。为实现全风化花岗岩地层注浆加固参数的有效设计,基于响应面试验设计方法,通过注浆模拟试验获得注浆压力、全风化花岗岩初始含水率、黏土含量3因素对注浆后全风化花岗岩土体抗崩解特性及抗压强度的作用规律,并获得三者与抗崩解特性、抗压强度的拟合方程。结果表明:注浆压力、初始含水率、黏土含量对抗崩解特性及抗压强度影响程度大小顺序分别为注浆压力初始含水率黏土含量和注浆压力黏土含量初始含水率,其中注浆压力与注浆加固效果成正相关关系,但当注浆压力达到1.5 MPa时,抗崩解特性及抗压强度增幅减小;注浆加固效果随初始含水率和黏土含量的升高均呈先升高后降低的趋势,其中最佳含水率为16%,最佳黏土含量为24%。通过分析注浆压力、全风化花岗岩初始含水率及黏土含量三者之间的交互作用,提出全风化花岗岩地层注浆参数设计方法,根据初始含水率及黏土含量将全风化花岗岩分为低压注浆区(0.5～1.0 MPa)、中压注浆区(1.0～2.0 MPa)和高压注浆区(2.0～3.0 MPa)。通过现场工程验证,研究成果可用于指导该地层注浆加固参数设计,对全风化花岗岩及类似地层的注浆加固治理具有指导意义。     

大跨度钢管拱吊装中温度荷载效应分析及应用

为研究支井河大桥钢管拱安装过程中温度荷载对拱肋的影响规律,运用ANSYS软件的参数设计语言APDL建立空间有限元模型,对多种温度变化工况和实测温度分布工况进行计算分析和比较研究。该方法综合考虑扣索温度和拱肋构件的非线性温差,根据等效线性化原则把非线性温差等效为线性温差,建立有限元模型并求解。分析结果表明,日照作用下的非线性温差是影响拱肋安装精度的主要原因,并且揭示了拱肋在日照温差影响下引起拱肋状态变化的规律,为拱肋吊装的施工控制提供参考。     

济南城市防洪汛情预警等级判定方法

结合现有的城市防洪汛情预警等级判定方法,利用多元线性回归预测模型,提出了一种能够考虑多种影响因子共同作用下的城市防洪汛情预警等级判定模型,该模型对各相关因子的相关性比较高。利用济南市典型降雨数据对该模型进行了检验,结果表明:该模型回归效果良好,可以用于济南城市防洪汛情预警等级的判定。     

深部巷道方钢约束混凝土拱架力学性能及影响因素研究

对全尺寸直腿半圆形拱架进行了室内试验和数值分析,室内试验表明:拱架的变形破坏呈现"拱腿内挤,拱顶外凸"的特点,拱腿和拱顶部位的钢材达到塑性状态,极限承载力Fe=1 228kN.针对充填C30~C80强度混凝土以及壁厚4~12 mm的SQCC拱架的数值分析表明:SQCC150-8-C30拱架的极限承载力为1 217kN,拱架极限承载力差异率为0.89%,拱架变形破坏特征和钢材的应力应变状态都和室内试验结果吻合.通过数值分析可见钢管壁厚比核心混凝土强度对拱架极限承载力的影响更为显著;建议壁厚8mm,C30或C40核心混凝土强度的SQCC拱架较为适用.     

非饱和粉土回弹模量的应力依赖性与水敏感性耦合分析

为了研究路基内部应力状态和含水率变化对回弹模量的影响,建立了路基土回弹模量的预估模型。根据室内三轴重复加载试验结果,研究了应力依赖性控制指标的选择,结果表明:体应力变化时,回弹模量不具有单调变化的规律,所以不宜作为应力依赖性的控制指标;而利用围压和偏应力作为控制指标时则能全面的反映回弹模量的变化规律。根据土水特征曲线,利用基质吸力表征含水率的影响,构建应力依赖性和水敏感性的耦合模型,并通过试验结果的拟合验证,发现该模型能够较好地反映回弹模量随应力水平和含水率变化的规律。     

数值流形方法的数学推导及其应用

以往的数值流形方法都是以最小势能原理或变分原理为基础来建立求解方程的。但在实际工程中科技人员所遇到的有些实际问题,其控制方程所对应的泛函往往是难以找到的,在这些情况下就无法应用变分方法来建立数值流形方法的求解方程,而必须寻找较为一般的方法来推导数值流形方法的求解方程。因此,研究了如何从加权残数法出发建立数值流形方法的求解方程。在此过程中,通过建立弹性力学方程的数值流形方法,可以看出,通过选取适当的权函数,该方法最终的求解方程将转化为以最小势能原理或以变分原理为基础的离散形式。为了说明方法的有效性,求解了岩石试件中含单裂隙双边受拉的问题,并给出了裂隙尖端的应力强度因子和应力场的变化关系。     

基于不同算法和边界条件的土中爆炸数值计算

运用共用节点算法、接触算法和任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法对土中爆炸问题进行了数值模拟,考虑了3种不同的人工边界条件,即粘性边界、三维一致粘弹性边界和远置边界,从模型建立、模拟结果和计算时间3个方面对不同算法和边界条件下爆炸成腔效果进行了对比分析。结果表明:不同流固耦合算法各有优劣,需同时兼顾计算成本和模拟效果等因素选取合适的算法,而等效粘弹性边界单元可在保证计算精度的前提下有效降低计算成本,更好地模拟爆炸冲击过程中无限地基能量辐射阻尼效应问题。     

基于岩体极限平衡理论的煤层底板突水危险性预测

基于岩体极限平衡理论,研究了完整近水平煤层底板突水力学机制。综合考虑底板隔水层厚度、工作面斜长及隔水层岩性组合特征,推导出了底板突水极限水压值计算公式。以保德煤矿为例,将突水极限水压值法运用到保德煤矿13＃煤底板突水危险性预测中。通过与传统突水系数法对比分析,阐明了突水极限水压值法的优越性:突水极限水压值法改进了传统突水系数法,可更有效地进行工作面斜长较大时的底板突水危险性预测。