矩形顶管施工引起的土体变形计算方法研究

分析了土体位移主要影响因素,对土体进行部分力学计算假定,使用梅德林解推导了分别由矩形顶管施工过程中的推进力、掘进机及管道侧摩阻力引起的土体变形计算公式;利用随机介质理论,推导了矩形顶管施工土体损失带来的土体变形计算公式.综合所有因素得到总变形公式,进行了土体变形规律分析并验证了计算公式的正确性.对矩形顶管推进引起的三维土体变形提供了简单的理论计算方法.     

取土器贯入土体引起土体扰动的理论分析

为了研究取土器贯入对土体产生的扰动影响,基于贯入问题的半无限空间特性,根据半无限空间内球孔扩张产生的变形和应变解,推导出取土器贯入土体过程中产生的应变公式.分析了取土管中心线上土体单元应变变化和其影响因素,并与Balign的结果进行了比较.结果表明,取土器贯入土体对其内部土体产生了扰动影响,其中对两端土体扰动相对较大,中间土体相对较小.取土器径厚比、长径比均对贯入过程中土体单元的应变产生影响.     

非饱和土质边坡降雨入渗分析

降雨入渗对边坡土体的力学行为具有重要的影响。为研究降雨入渗条件下边坡土体的位移应力变化规律,考虑基质吸力的影响,建立了非饱和渗流有限元模型,对降雨过程中边坡土体进行渗流应力耦合分析,得到了降雨过程中边坡的孔隙水压力、位移及应力的变化规律。结果表明降雨会使边坡上部土体有效应力显著降低,同时引起坡面附近土体的水平位移及边坡内部土体的沉降;降雨使坡脚处土体首先发生破坏,随着降雨的持续,土体的塑性应变不断增大。     

泡沫流体对堤基土体渗流特性影响分析

针对泡沫流体对土体渗流的影响机制仍不清晰的问题，开展了室内无泡沫流体渗透破坏试验与泡沫流体抑制渗透破坏试验，对土体渗流特征及泡沫流体对土体渗流的影响进行了研究。试验结果表明：泡沫流体对堤基土体渗流具有显著调控作用，可通过滞留在孔隙中的气泡增大渗流阻力，将局部土体转变为非饱和状态，增强土体抗渗性能；泡沫流体可延长渗流路径，降低水力梯度，抑制土体渗透破坏的发展。     

钢悬链线立管触地点区域管土动力相互作用分析

钢悬链线立管(SCR)与海床土体的相互作用对立管的疲劳寿命影响很大.运用ABAQUS软件模拟了不同沟槽形状时管道初次侵入土体,得到了土体的p-y曲线.考虑海床土体竖向非线性、沟槽侧向作用力和沟槽回填土的影响,建立了SCR与海床土体的有限元模型,进行了立管整体动力响应分析.结果表明:沟槽形状不同时,土体反力曲线不同,SCR动力响应不同;管土接触面积越大土体的竖向反作用力越大;沟槽土体的回填能减小触地点弯矩幅值,能够调整整个立管的弯矩分布,从而减小立管触地点的疲劳破坏.     

砂土变形扩散传播特性试验研究

针对土体变形在上覆土体中的扩散传播问题,设计了土体变形扩散传播模型试验。通过设定底部位移边界,结合数字图像相关技术(PIV)研究中砂中土体变形扩散传播特性,探讨边界位移模式对土体变形扩散传播的影响规律。结果表明:边界位移在砂土中呈现扩散传播规律,不仅在土体中引起竖向位移,还引起水平位移;土体竖向位移呈现与底部边界位移相类似的分布特征,而土体水平位移沿模型中心呈对称分布;土体变形扩散传播导致土体体积和密度变化,研究成果为合理建立土体变形扩散传播模型奠定了试验依据。     

基于任意拉格朗日-欧拉法的盾构刀盘土体切削仿真

针对盾构刀盘切削土体的问题,提出了基于有限元和高性能计算方法的大规模数值模拟方法.建立了盾构和土体的三维分析模型,并且充分考虑到土体的材料非线性,利用动态显示算法进行了基于国产“曙光4000A”高性能计算机的大规模流固耦合分析.仿真采用任意拉格朗日-欧拉法(ALE),解决了土体大变形造成的有限元单元畸变问题,预测土体-刀具相互作用的过程;将修正的Drucker-Prager塑性土体模型作为土体的非线性有限元模型,其仿真方法和结果可以为未来盾构机的刀盘设计提供参考.     

室内静压沉桩试验桩周土体全过程位移场分析

采用室内半桩模型试验研究了砂土中静压桩沉桩过程,基于DIC(digital image correlation)技术对桩周土体位移发展与相应土压力变化律进行了分析研究.试验采用无标识点方法对桩周土体累计竖向位移发展规律进行了全过程分析,并拟合出了桩周土体位移轨迹,揭示了桩周不同位置土体的运动规律.通过对桩周土体竖向位移与相应位置土压力变化进行联合分析,从土体变形的角度对土压力变化机理进行了解释与证明,实现了力与位移关系的统一.最后对沉桩速度对桩周土体位移的影响进行研究.研究成果对于进一步明确沉桩挤土效应内在机理和桩周土体压力的发展规律提供参考.     

静压双桩贯入均质土的应力及位移特性研究

为了研究静压桩贯入后土体的应力及位移特性,建立了静压双桩贯入均质土的三维有限元模型,并采用Abaqus软件对地表土体竖向位移、径向距离变化对土体应力和位移的影响、桩间土体的位移进行了数值模拟研究﹒研究结果表明：静压双桩贯入造成桩间土体呈“驼峰”状,土体水平位移及应力在桩尖以上1.8 m处达到最大值;桩体贯入所产生的土体下沉量随离桩体径向距离的增大而减小,随土体深度的增加而逐渐增大,且在距地面以下3 m处达到最大值﹒     

压实对土体空间结构影响的分形描述

为了准确地模拟土体颗粒在压实过程中空间结构的变化,计算土体压实所能达到的最终状密实态,文章采用分形几何原理,建立了土粒径分布、颗粒空间结构与土体变形参数之间的函数关系,提出了土体空间结构分形维数计算公式,计算分析了土体孔隙通道分形维数值;分析表明,随着压实进行孔隙通道的曲折程度增大,孔隙通道的长度变短,土体密实增加;通过Gaudin-Schuhmann粒度分布方程可以定量地由粒径的分布来判断压实所能达到的终极状态,从而更清晰地分析土体微观结构与压实性能之间关系.     

一种模拟土体剪切变形过程的统计损伤方法

首先,从土体单元的微观受力分析,建立出土体剪切变形损伤模型。其次,引进统计损伤理论,考虑剪切面微元的破坏强度服从Weibull分布情况下,建立出土体剪切变形过程的统计损伤演化模型。然后,利用建立的土体损伤模型和统计损伤演化模型,建立了模拟土体剪切变形过程的剪切变形损伤统计本构模型。该模型考虑了土体剪切破坏后的残余强度,可较好地反映土体剪切应变软化特征。最后,通过试验曲线和模型曲线以及现有同类模型曲线的对比分析,验证了该模型的合理性与可行性。     

堆载下土体侧移及对邻桩作用的有限元分析

在分析堆载作用下土体侧向位移的基础上 ,采用有限元法对无桩条件下的自由场土体侧向位移以及设置桩基后的桩土相互作用进行了数值分析 ,讨论了土体弹性模量和泊松比对土体和桩基侧向变形的影响 .结果表明 ,邻近堆载的自由场土体侧向变形可近似为上部软土的抛物线形和下部硬土的倒三角分布模式 ,采用不同的土体本构模型 (弹性或弹塑性 ) ,桩基的变形规律随弹性模量、泊松比变化而不同     

考虑土拱效应的盾构隧道施工地表沉降规律研究

在盾构隧道施工中,易因地层损失引起地面沉降。在PECK公式中,假定地表沉降槽面积等于地层损失,忽略了土体在开挖前后应力状态的变化而产生的变形,从而产生误差;在隧道拱顶,因土体的不均匀沉降形成土拱,部分土体自重应力被转移到邻近的土体而出现应力释放,引起土体回弹,因此土体沉降槽面积小于地层损失。基于此,本文提出了一种考虑隧道拱顶土体卸荷回弹后的沉降槽面积计算方法,并据此对PECK公式的地表沉降计算方法进行了修正。     

受施工扰动影响土体环境稳定理论与变形控制

讨论了城市市区进行的各种工程活动中 ,因施工扰动引起的环境土工损伤问题及其施工变形的智能预测与控制方法 .分别对土体受施工扰动的诸因素 ,如 :对土体力学性态、开挖卸载条件下土体应力路径、土体孔隙比和含水量的变化 ,以及土体结构的破坏、土体化学组成的改变、土体成分的混合与分离和土体固结状态的变化等 ,均作了系统研究 .进而据此从理论上和实验室测试 2方面探讨了就软土工程性质的上述变化对施工过程中土体强度、变形、稳定性和承载力的影响 .另一方面 ,首次将人工智能和自动控制等软科学理论与技术引入岩土工程领域 ,采用了一种称之为“多步滚动预测”的人工神经网络模型于盾构隧道施工中地面沉降的预测和预报 ,还应用了模糊逻辑控制方法对工程施工变形位移实现了实时、主动控制     

电渗法中含水率和电势梯度对土体电阻率的影响

采用Miller Soil Box方法分别测定同一压力状态、同一温度下3种不同土样的电阻率,分析了含水率和电势梯度对土体电阻率的影响,拟合出土体电阻率的计算公式.结果表明:土体电阻率与含水率有很大关系,大致以液限为分界,当含水率大于液限时,土体电阻率较小,且随含水率变化较小;当含水率小于液限时,土体电阻率较大,且随含水率减小而急剧增大.对于一定含水率的土体,土体电阻率随电势梯度的增大而减小.     

沉桩挤土的数值模拟与土体物理参数的变化分析

由于沉桩造成的桩周土体的侧移和隆起对周围的建筑物和设施造成的事故时有发生，研究沉桩对周围土体的影响规律，对于控制这类工程事故的发生具有非常重要的意义。基于圆孔扩张法的基本思想，对以往分析中处理桩土接触问题的方法进行了简化，通过在接触边界上给土体施加位移边界条件来模拟桩对周围土体的作用，采用分段压入的方式对沉桩过程进行了有限元模拟，分析了沉桩后桩体周围土体的变形规律和力学行为，并且对沉桩完成后的土体的物理参数进行了量化分析，得到了压桩前后土体单元物理参数的量化关系式。     

近海浅滩地区大尺度海上风电筒型基础在风荷载作用下的响应

把现场实测的加速度时程转换为实际荷载作用在模型中,把风速时程转化为风荷载,用ABAQUS有限元软件分析了基础和土体在荷载作用下的响应,比较了风荷载和塔架涡激振动等其他因素分别对实际荷载的贡献;主要研究了沉降的发展和基础及周围土体应力在不同时程内的变化,以及加载结束后土体内的等效塑性区等影响区域的情况,通过变化土质参数（土体密度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等）,考察了筒型基础在不同土质中荷载作用下的反应情况.研究表明：随着加载的持续,土体中的应力值逐渐增大,基础周围的土体会产生马鞍形的沉降,土体中的等效塑性区产生在基础底部距筒底端约2倍筒高处,土体的强度越大,筒的沉降越小其对周围土体的影响范围也越小.     

顶管法工作井土体加固对围护结构的影响研究

顶管法工作井的坑内、坑外土体加固对控制地表沉降和围护结构的侧向位移有显著作用.以天津地区某人行地道为背景,首先研究了坑底土体加固深度和加固程度对围护结构的影响,确定了合理的加固深度和加固程度.然后结合盾构法进出洞口土体加固的工程经验,给出了较为合理的顶管法进出洞口土体加固的范围,并结合相关规范及工程经验提出了一种将进出洞口加固后的土体计入围护结构计算的方法.本文的研究成果和计算方法为顶管法工作井土体加固的设计提供了参考.     

土体小应变刚度特性的试验研究

土体的小应变刚度在深基坑或隧道开挖等以变形控制为主的工程中是起决定性作用的参数.利用固结仪、应力路径三轴仪和共振柱联合测定江苏常州地区3个典型土层原状土的小应变刚度特性,得到了土体小应变硬化模型(HSS)的相关参数,包括土体的初始剪切模量、模量退化曲线、土体强度参数、加卸载模量等.分析了土体有效应力对土体小应变刚度特性的影响,并对如何选择合适的小应变模型参数提出了初步建议.     

土体取样的扰动影响及其评价指标

对土体聚样所动的影响研究进行了综述,建立了受取样扰动土体特性的指标体系,以便对土体取样的扰动程度进行评价。