考虑水力模型参数空间变异性土石坝边坡可靠度分析

土石坝边坡可靠度分析中大多只考虑了坝体材料抗剪强度参数的空间变异性,忽略了非饱和水力模型参数空间变异性的影响.本文发展了土石坝边坡可靠度非侵入式随机分析方法,探讨了水力模型参数空间变异性对土石坝边坡可靠度的影响规律,解释了土石坝边坡失效概率随水力模型参数n的变异系数增大而减小的原因.结果表明:非侵入式随机分析方法计算效率远远高于传统的蒙特卡洛模拟方法.参数敏感性分析表明土石坝边坡失效概率与坝体材料黏聚力、内摩擦角及饱和渗透系数的变异系数之间呈正相关关系,其中黏聚力变异性的影响最大,饱和渗透系数变异性的影响最小.此外,a的变异性对边坡失效概率基本没有影响,相反边坡失效概率随着n的变异系数增大而越小,这是因为当n的变异系数取值越大模拟得到的n值越接近于下限值(1.05),进而导致土石坝渗透系数越小,通过坝体的渗流量越小,从而土石坝边坡更安全.     

横观各向同性圆形基坑抽水-水位恢复试验数值分析

为模拟井点抽水引起的圆形基坑内外水头变化以及地面变形,考虑水力特性和力学特性的横观各向同性及地下结构物的影响,建立了轴对称柱坐标系下的饱和-非饱和土固结模型.基于该模型,模拟两组圆形基坑抽水-水位恢复试验,分别研究弹性模量和初始饱和渗透系数的横观各向同性对水头和土体位移的影响.结果表明,当弹性模量越大时,水头越易改变,土体位移越小;当初始饱和渗透系数越大时,水头变化量和土体位移越小.     

渗透系数空间变异性对低渗透地层中地下水溶质运移的影响

以天津市北大港水库为例,通过野外勘探、现场取样、室内试验、数值模拟等方法,研究水库库底地层渗透系数空间变异性对地下水溶质运移的影响。结果表明:北大港水库库底地层渗透系数较小,且呈现出较强的空间变异性;地下水流通量随地层渗透系数空间变异程度的增加而增大,渗透系数均值对水流通量的影响大于其标准差;渗透系数均值越大,在地下水流的抑制作用下,溶质运移程度越弱,而渗透系数空间变异性越强,地下水流的抑制作用相对越弱,溶质运移程度越强。     

挡水结构地基渗流问题的随机有限元分析

采用蒙特卡罗模拟的随机有限元方法,并结合渗流随机场的概念,对设置有两道防渗墙的大坝渗流问题进行分析.研究了渗透系数标准差和空间相关距离对坝基渗流参数的影响,对比了确定性分析和随机有限元分析.结果表明,土体渗透系数标准差和空间相关距离对流量、扬压力和出逸梯度有较显著影响.     

基于随机有限元的坝基渗流分析

采用蒙特卡罗模拟的随机有限元方法并结合渗流随机场的概念,对设置有两道防渗墙的大坝渗流问题进行了分析.研究了渗透系数标准差和空间相关距离对流量、出逸梯度和扬压力的影响.对比了确定性分析和随机有限元分析,结果表明土体渗透系数标准差和空间相关距离对流量、扬压力和出逸梯度有较显著影响.     

非稳定承压水降水引起土层沉降分布规律分析

承压含水层减压降水实质上是一个卸荷过程,其上覆土层沉降可用基于弹性半无限空间Mindlin位移解的推导公式进行计算.分析表明:无限承压含水层非稳定渗流降水时间对土层沉降影响显著;由承压水减压降水引起的土层分层沉降随距地表距离的增加而增大,最大值位于承压含水层顶板处;影响上覆土层沉降的7个参数中,泊松比和承压含水层渗透系数的变化对土层沉降影响很小;上覆土层厚度、承压含水层厚度越大地表沉降值越小;上覆土层弹性模量较小时对地表沉降影响较大,随着弹性模量的增加,其对地表沉降的影响逐渐减弱;地表沉降随单井出水量、承压水水头降深的增大而增加且近似成线性关系;单井出水量、承压含水层厚度、承压水水头降深、上覆土层弹性模量不仅影响地表沉降值的大小,还会影响地表沉降的空间分布.     

非饱和土电渗加固的试验研究

电渗法是一种重要的处理软土的方法。电渗固结理论假设土是完全饱和的,而实际工程中处理的土多为非饱和土,电渗加固效果仍尚待研究。为此,采用自制的一维加固电渗仪,进行不同饱和度黏土的电渗对比试验,通过比较试验中电流、排水量、沉降、含水率、最终强度等指标的变化情况,研究非饱和土的电渗加固效果。结果表明,从电渗结束后土体强度增长幅度上看,含水率越低的土样强度增长幅度越小。与饱和土相比,电渗对非饱和土有一定的加固效果,但是加固效果不及饱和土。     

考虑流变效应的软黏土地基大应变固结研究

软黏土压缩性高,在固结过程中变形较大时需要考虑大应变的影响.同时,软黏土具有明显的流变效应,对地基的长期沉降有着重要影响.为此,基于通用有限元软件ABAQUS平台编制土体流变模型UMAT子程序,进行软黏土地基大应变流变固结分析.比较大应变与小应变固结过程中超静孔压消散与沉降发展的差别,并分析模型参数对计算结果的影响.采用半对数经验公式考虑渗透系数随孔隙比的变化,分析渗透指数对固结过程的影响.研究结果表明:大应变固结最终沉降比小应变小,超静孔压消散比小应变快;土体固结对模型中Hooke体弹性模量的变化比Kelvin体弹性模量变化敏感;随着渗透指数的增大,土体固结速率增大.     

降雨入渗条件下非饱和土质边坡的稳定性分析

文章基于饱和、非饱和渗流理论及强度折减法,分析了降雨入渗条件下非饱和土质边坡的稳定性,研究了4种降雨模式对边坡中饱和度、吸力、边坡安全系数及潜在滑动面位置的影响,定义了吸力降低深度,分析了吸力降低深度与边坡安全系数及滑动面位置的关系。算例分析表明:降雨量相同时,降雨模式对边坡安全系数及潜在滑动面位置的影响与土体的饱和渗透系数有关;当饱和渗透系数较大时,各种降雨模式的影响无明显区别;当饱和渗透系数较小时,长时间小强度降雨更易导致边坡的失稳;考虑参数的变异性时,力学参数变异性对边坡安全系数及滑面位置的影响较大;水力参数中,土水特征曲线拟合参数a及n的变异性的影响较大。     

随机介质一维概率固结特性

基于土层剖面随机场理论,将土体固结系数cv模拟成服从对数正态分布的空间随机场,该随机场可以通过均值、变异系数、相关距离表示.利用Monte-Carlo方法对土体一维概率固结特性进行了分析,同时用一实例演示了所提方法的计算过程.结果表明:不考虑cv变异性的确定性固结分析过高地估计了实际土体的固结速率;超静孔压和固结度的标准差都对时间因数T的敏感性小,可以通过所提出的简便公式近似计算;当相关距离较大时,实际中可以不对cv的方差进行折减,相反,当相关距离较小时,推荐了方差折减系数的简便计算公式.该结论对固结系数变异性较大地区的实际工程建设具有指导意义,简便的方差计算方法能够有效地预测土体固结过程中的不确定性.     

基于Peck公式的盾构隧道地表沉降的可靠性分析

分析了盾构隧道地表沉降的构成及其机理,指出影响地表沉降的诸多因素都是不确定的,具有随机性.因此,基于著名的Peck公式,推导了地表最大沉降的平均值及标准差,并利用中心点法计算了地表沉降的可靠指标和失效概率,最后以实例说明.所提出方法为盾构施工地表沉降的可靠性分析提供了一种新的途经.     

重复荷载作用下非饱和黄土的动力特性研究

通过对神河高速非饱和黄土在不同围压下进行振动三轴试验,测定了非饱和黄土的动弹性模量和阻尼比,以及黄土的动本构关系。结果表明,动弹性模量随动应变值增大而减小;在相同固结比条件下,动弹性模量随固结压力值增大而增大;随着动应变增大,非饱和黄土的阻尼比随之增大;非饱和黄土的动应力-动应变关系可近似用双曲线模型表达。同时分析了动弹性模量随动应变的规律,进一步验证动三轴试验中动弹性模量的变化规律的合理性。     

上覆黏土层条件下考虑空间变异的砂土地基地震液化可靠度研究

基于FLAC3D有限差分软件,对上覆黏土层的砂土地基地震液化响应动力可靠度进行研究,建立了黏土-砂土地基平面应变模型,通过模拟土体剪切模量的空间变异性,利用蒙特卡洛模拟方法并结合生成的非高斯随机场评估液化区面积、超孔隙水压力和地表位移,研究了不同剪切模量变异系数(COV)对地基地震液化可靠度的影响。结果表明：剪切模量变异系数越大,液化范围缩小越困难,液化范围峰值的分布范围越分散;地表水平位移和地表最大差异沉降均随剪切模量变异系数的增大而增大。     

非饱和土粘弹性地基一维固结特性分析

基于Fredlund的非饱和土一维固结理论,采用李氏比拟法,研究有限厚度粘弹性非饱和土层在大面积均布瞬时加荷时的一维固结问题.针对Merchant粘弹性模型,采用Laplace 变换及Cayley-Hamilton等数学方法,引入边界及初始条件,得到Laplace变换域内顶面排气不排水、底面不渗透情况下粘弹性非饱和土地基一维固结时的超孔隙水压力、超孔隙气压力以及土层沉降的解,采用Crump及Durbin方法实现Laplace逆变换, 获得半解析解;分析在不同气、水渗透系数比k_a/k_w下,Merchant粘弹性模型的Kelvin体中弹性模量E₁和粘滞系数η等对粘弹性非饱和土地基一维固结特性的影响,揭示粘弹性非饱和土地基的固结特性;最后通过与弹性解析解的对比,验证了半解析解方法的正确性.     

直线振动筛随机结构模态频率分析

振动筛在制造、安装等环节中不可避免地存在随机因素.本文基于随机结构模型对直线振动筛结构进行随机模态分析,给出了模态频率变异性的统计描述方法,研究了随机结构参数(橡胶弹簧弹性模量及密度、钢材弹性模量及密度)对振动筛模态频率的影响规律.结果表明:一阶矩意义下,橡胶弹簧弹性模量随机时对结构前三阶模态频率均值影响大,钢材密度随机时对结构高阶模态频率均值影响大;二阶矩意义下,橡胶弹簧弹性模量随机引起的前三阶模态频率相对其均值的动态偏离大,钢材弹性模量及密度随机引起的高阶模态频率相对其均值的动态偏离大;橡胶弹簧密度随机时对模态频率影响很小.对模态频率变异的灵敏参数分析得出:橡胶弹簧弹性模量随机时对低阶频率(前三阶)的相对均差系数及变异系数影响最灵敏.钢材弹性模量随机对高阶频率变异系数影响最灵敏,钢材密度随机对高阶频率的相对均差系数影响最为灵敏.     

初始孔压非均布的饱和土一维热固结解析解

基于热弹性力学和饱和土固结理论,通过热固结方程的建立和求解,研究了初始孔压非均布时的饱和土一维热固结问题.利用有限Fourier变换及其逆变换,得到土层内部超静孔压、温度增量的解析解,并依此求出地基沉降、平均固结度的表达式.根据所得解编制计算程序,分析了饱和土的一维热固结性状,并与不考虑温度影响的传统固结解进行比较.结果表明,超静孔压随时间延长最终消散为零,但在热固结过程中可能会产生负孔压;地基沉降受温度升高的影响小于传统固结解;平均固结度按沉降定义和按孔压定义是不同的,其变化规律与传统的固结理论有较大差别.     

包裹碎石桩在粉质黏土地基中的承载特性研究

为了探究包裹碎石桩对粉质粘土地基的加固效果,本文基于模型试验和数值模拟方法,对包裹碎石桩与传统碎石桩复合地基承载力特性进行了研究,并分析了碎石模量、碎石内摩擦角和土工格栅刚度等参数对包裹碎石桩复合地基承载及变形的影响。结果表明：传统碎石桩复合地基在荷载小于20kPa时,沉降增大不明显。当荷载大于30kPa时,沉降迅速增大,复合地基失稳破坏;在一定的粒径范围内,相同级配下,碎石粒径越大,碎石桩整体变形越小,承载能力越高;包裹碎石桩的碎石模量在高应力状况下,对复合地基沉降的影响效果较为明显。当桩土模量比大于30时,其对复合地基的沉降影响逐渐减弱;增大碎石内摩擦角能有效增大桩土应力比,并提高桩身应力传递效率。随着内摩擦角的增大,复合地基的沉降逐渐减小,在高荷载水平下,其影响效果更加明显;土工格栅的包裹能减少复合地基沉降,但影响程度有限,当包裹刚度J>1000kN/m时,对沉降的影响逐渐减弱。