桩基挡墙支挡结构极限状态及稳定性分析

以某高速公路高填方路堤中桩基挡墙支挡结构为对象,研究其极限状态及稳定性.基于现场试验监测结果,建立了三维有限差分数值模型.通过对比抗滑桩极限承载力、挡土墙极限位移和基座混凝土极限压应力所对应的路面荷载,提出了桩基挡墙极限状态的确定方法.分析了设计行车荷载下桩基挡墙的稳定性,探讨了填土重度、填土内摩擦角和抗滑桩桩间距等参数对桩基挡墙结构稳定性的影响.研究结果表明:随路面荷载不断增大,桩基挡墙结构首先出现抗滑桩剪切破坏,结构承载力极限状态由抗滑桩抗剪承载力确定;填土重度和内摩擦角对桩基挡墙结构稳定性影响较大,减小桩间距能一定程度上提高支挡结构稳定性.     

砂土地基上条形浅基础破坏包络面

对于砂土地基上条形浅基础在倾斜与偏心荷载作用下承载力进行了比较系统的平面应变有限元分析.在分析中,砂土假定为纯摩擦材料,遵循基于Mohr-Coulomb破坏准则的理想弹塑性本构关系.首先对条形浅基础的竖向承载力进行了有限元计算,并与滑移线解法进行了对比,两种方法所得结果比较吻合.进而探讨了砂土内摩擦角对于基础在竖向荷载V与水平荷载H、竖向荷载V与弯矩M荷载平面内的破坏包络轨迹的影响,揭示了地基在不同荷载分量组合条件下的失稳破坏机制.计算结果表明,与不排水情况下软黏土地基上基础破坏包络面相比,砂土地基上条形浅基础的破坏包络面形状有较大差异,但V-H和V-M平面内的破坏包络面形状仍具有较好的归一化特性.基于有限元计算结果,分别建议了条形浅基础在倾斜与偏心荷载作用下的破坏包络面方程,该方程可用来合理评价复杂荷载条件下砂土地基上条形浅基础稳定性.     

PBL抗剪连接件疲劳后的剩余力学性能研究

为研究钢-混凝土组合结构中PBL(Perfobond Leiste)抗剪连接件在疲劳荷载作用后的力学性能退化规律,设计并制作了9个PBL连接件的推出试件分别进行静力和疲劳试验.其中3个试件为静力破坏试验,重点关注了试件的破坏模式、极限承载力及荷载-滑移曲线.其余6个试件为在经历一定疲劳荷载循环次数后进行静力破坏试验,以疲劳循环次数,疲劳荷载比为参数变量,得到在不同疲劳参数作用后,PBL连接件的极限承载力、残余滑移量、抗剪刚度等力学性能的变化情况.研究结果表明,PBL连接件具有较好的延性,其静载和疲劳后静载的破坏模式均为一侧贯穿钢筋剪断、另一侧贯穿钢筋屈服.疲劳荷载比对PBL连接件剩余承载力影响较大,在同样经历了300万次的循环加载后,荷载比为0.5的极限承载力基本没有下降,而荷载比为0.7的承载力仅为初始静载试验的76.1%;在相同荷载比(0.6)情况下,PBL连接件的承载力随疲劳加载次数呈先慢后快的非线性退化趋势.相对于荷载比而言,残余滑移量对疲劳循环次数更为敏感.抗剪刚度在整个疲劳加载过程中基本保持不变.     

开孔板加劲型压型钢板加固混凝土界面黏结-滑移机理

为研究开孔板(perfobond leiste,PBL)加劲型压型钢板加固混凝土界面黏结-滑移机理,首先设计了3组试件进行推出试验,分析了其破坏形态、极限荷载值和滑移量,然后在试验基础上建立了有限元模型,分析了PBL连接件极限荷载值的影响参数.研究结果表明:PBL连接件破坏分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段3个阶段,试件破坏时混凝土出现贯通裂缝,底部混凝土剥落,试件为混凝土剪切破坏,且为延性破坏.影响PBL连接件极限承载力的参数主要有贯穿钢筋、黏结摩擦力、混凝土强度、开孔直径和PBL厚度,其中贯穿钢筋影响最明显,有贯穿钢筋的试件比无贯穿钢筋的试件极限承载力提高了约73.8％,贯穿钢筋也可以提高极限滑移量,增加延性.黏结摩擦力通常作为安全储备,混凝土强度和开孔直径的增加也可显著提高极限承载力,而PBL厚度影响不显著,开孔钢板强度对极限承载力基本无影响.     

端部不等高的钢-混凝土组合梁受力性能试验研究

目的研究端部不等高的钢-混凝土组合梁的整体力学特性,为变截面钢-混凝土的研究提供参考.方法制作两组1:15的缩比例的端部不等高的钢-混组合梁并对其进行试验研究;分别对两个试件采用跨中单点加载与两点对称加载两种加载模式,测试参数为极限荷载、挠度、滑移以及截面应变等.结果单点加载的极限承载力和跨中最大位移为669.51 kN和26.45 mm,两点对称加载的极限承载力和跨中最大位移为924.94 kN和15.35 mm.两点对称加载的破坏模式主要为剪切破坏,单点加载的破坏模式为剪切、弯曲与局部承压并存.结论平截面假定适用于端部不等高的钢-混凝土组合梁的截面应力分析.与传统等截面钢-混凝土组合梁相比,端部变高度的钢-混凝土组合梁具有更大的抗弯刚度和抗剪承载能力.     

基于钢板-钢管混合连接的木-混凝土组合梁推出试验

基于钢板-钢管混合连接,提出了木-混凝土组合梁的预制装配连接形式,采用短期推出试验和长期加载试验分别研究了钢板-钢管混合连接的短期与长期抗剪性能。通过推出试件的短期破坏性试验,研究钢板-钢管连接的破坏模式、极限承载力和滑移刚度等性能;通过长期加载试验,分析钢板-钢管连接的长期滑移和蠕变系数,长期加载中考虑了相当于连接件短期承载力的10%和20%两种荷载比的影响;对加载近470 d后的长期试件进行破坏性推出试验,分析长期加载对其极限承载力和滑移刚度的影响。结果表明:钢板-钢管连接的极限承载力超过130 kN,初始状态的滑移刚度为45.9 kN/mm;通过短期推出试验和长期加载后的推出试验对比发现,钢板-钢管连接件受到长期荷载作用后,极限承载力和滑移刚度无明显下降,呈现出较好的长期性能。     

基于Meyerhof机构的吸力式沉箱基础抗拔承载力极限分析上限解

为了研究吸力式沉箱基础上抗拔荷载作用下的极限承载力上限解,构建出反向Meyerhof破坏模式.根据极限分析上限定理,引入反向地基承载力,基于Meyerhof破坏模式,将原基础下的主动区变为被动区,对数螺旋线方向相反且延伸至沉箱侧壁,建立了相应的机动许可速度场,推导出理论上更为合理的吸力式沉箱基础极限抗拔承载力上限解.分析了上限解与黏聚力、内摩擦角、摩擦系数以及基础下地基反向承载力之间的关系.采用Matlab软件编程计算出上限解,并与文献中的试验数据进行对比分析.结果表明,上限解与试验值的误差最大值为28%,最小值为9%,从而证明了破坏模式的合理性及所提方法的适用性.     

地基承载力的试验分析

地基原位静载试验是确定地基承载力的最精确的方法,但是在实际工程测量过程中,无法进行在原位进行破坏荷载试验,因此以某现场地基原位荷载试验为基础,通过数值模拟对比分析了现场实测数据,从而为现场原位试验进行了补充,弥补了原位试验过程中加载受限的不足。     

基于透明土技术的加筋地基模型试验

采用透明土技术,开展了5组不同筋材长度和加筋深度(层数)的加筋地基平面应变模型试验,以及1组无筋地基对比试验,以研究在条形基础荷载下加筋地基内部位移场演化及滑移破坏过程,并探讨其荷载—沉降特性.结果表明,加筋地基中的土体在基础沉降过程中,首先在加筋区的两侧底部非加筋区位置累积水平位移,并自下而上向加筋层扩展,致使筋材自下而上依次断裂,最终形成宏观剪切破坏面;加筋地基在基础沉降过程中形成两个应力扩散区,分别沿筋材弯折段和基础边缘向下扩展,前者扩散角是后者的2.5倍左右;加筋地基和无筋地基均表现为普朗特尔滑动破坏模式,加筋地基滑动面深度和宽度基本随加筋深度和加筋长度的增大而增大;当筋材强度不足时,加长筋材长度对加筋地基承载力的提高不起作用,而增大加筋层数对承载力影响显著.     

均质岩基极限承载力滑移线解与极限平衡解的比较

极限平衡法、滑移线法是求解剪切破坏模式下均质岩基极限承载力的两种重要的极限分析法。通过对某工程均质岩基承载力的反算,对基于Hoek-Brown经验强度准则的3种极限承载力计算方法－Bell解、Hoek-Brown解和滑移线法的计算结果进行了比较,并分析了造成差异的原因。     

提高钢筋混凝土剪力墙抗震性能的思想与方法

钢筋混凝土剪力墙是高层结构的主要抗侧力构件之一.位于结构底部的剪力墙承受较大的轴力、剪力和弯矩.高轴压下的剪力墙在强震作用下易发生剪切或压溃破坏,震后难以修复.如何提高底部剪力墙的抗震性能,是高层结构抗震设计的关键问题之一.从2010年智利地震和2011年新西兰地震中剪力墙震害现象出发,分析了可能引起剪力墙破坏的主要原因,详细介绍了改善剪力墙抗震性能的思想与常用设计方法.同时,针对目前超高层结构中采用的内置钢板组合剪力墙,利用数值模拟进行了参数化分析.研究表明,内置的钢板可以有效地改善剪力墙构件的受压行为,可以明显提高构件的承载力、延性和耗能能力,能有效地改善钢筋混凝土剪力墙的抗震性能.     

土石混合体原位试验的颗粒流数值模拟分析

基于颗粒流理论和PFC程序,解决了不规则碎石(clump)的生成、恒定法向荷载施加、剪切面的含石量等问题后,建立了土石混合体原位试验的颗粒流数值模型,对不同含石量、法向应力下土石混合体的直剪试验进行模拟,并与原位直剪试验的结果进行比较.结果表明：随着含石量增加,剪切应力及其峰值增大,剪切应力峰值对应的剪切位移减小;在低法向应力条件下,土石混合体表现为剪胀;在高法向应力下,土石混合体表现为先剪缩而后剪胀,并呈现出压剪破坏特征;剪切面附近分布的不规则碎石在剪切过程中出现挤压滑动与滚动,使得剪切破坏面出现凹凸,而且剪应力、法向位移、应变能随剪切位移增加而出现波动和平缓段;数值试验所得剪切应力峰值略高于其试验值,减小模型颗粒半径,可以有效降低计算的剪切应力峰值.     

标准砂-钢板接触面剪切失效机理的宏细观研究

为探究标准砂-钢板相互作用失效机理,分析接触面受力变形情况,使用特制的带有观察窗的半模直剪仪对标准砂-钢板进行单调剪切试验,对其应力变形特性进行研究,并利用MiVnt和PFC2D进行细观分析。试验结果表明:标准砂-钢板接触面的剪应力-位移曲线呈现加工硬化,可视为理想弹塑性模式,曲线划分为线性增长、缓慢增长和水平发展三阶段;剪切过程中接触带孔隙率的变化规律和孔隙大小的变化规律相吻合;单调剪切过程中,接触面颗粒运动状态分为三类,对应剪应力-位移曲线的三个阶段,接触面通过颗粒的运动传递剪应力。     

赣南花岗岩风化带岩土体强度特征及边坡破坏模式分析

为研究赣南地区花岗岩风化带岩土体强度特性及边坡破坏模式,采用室内岩矿鉴定、X粉晶衍射试验和电镜扫描等方法对原岩和全风化花岗岩进行矿物成分和微观结构分析,同时通过全风化花岗岩三轴固结不排水剪切试验,中风化花岗岩单轴和三轴试验对风化带岩土体的强度特征和破坏模式进行了研究。结果表明:随着围压增大,全风化花岗岩应力-应变关系发生了转型,破坏模式为先鼓胀再剪切破坏;中风化花岗岩在单轴压缩条件下经历了四个破坏阶段,三轴试验得到岩块的抗剪强度参数,经虎克布朗准则反演得到了岩体的强度参数。结合野外特征,赣南花岗岩风化带岩土体边坡失稳破坏模式主要有5种,其中坡面冲刷破坏占比较大。     

灌注螺纹桩承载机理与计算方法

通过室内模型试验和数值分析研究了灌注螺纹桩的竖向承载机理.室内模型试验和数值反分析结果表明,灌注螺纹桩承载力取决于土体抗剪强度,承载力达到极限值时,桩周土体出现竖向剪切带.采用数值方法进行了参数分析,研究接触面属性、土体抗剪强度和螺纹桩构造尺寸等不同因素对其承载力的影响,进而分析承载机理及其规律.结果表明,影响螺纹桩竖向承载力的关键因素为土体抗剪强度指标、螺纹桩螺距和螺牙宽度.在此基础上提出了螺纹桩承载计算公式,并用现场试验和数值分析结果进行了验证.     

轻量砂抗剪强度特性三轴试验研究

为了开发利用轻量砂,在对国内外具有明确物理含义的土的破坏取值标准进行系统研究的基础上,通过三轴试验对轻量砂的抗剪强度特性进行研究.研究结果表明:土的破坏取值标准有变形标准和强度标准,二者统一于有效应力原理,都与孔压发展路径有密切关系.应力-应变曲线的软化、硬化是轻量砂剪胀和剪缩的外在表现,软化型宜采用最大有效主应力比或最大主应力差标准,二者不会导致轻量砂抗剪强度指标的显著差别,硬化型宜采用轴向应变15％标准.轻量砂的Mohr破坏包线形态是由其原生结构强度与围压共同决定的,当围压大于试样的结构屈服应力,破坏包线可以用直线表示.黏聚力和有效黏聚力随着EPS球粒掺入比的增大而减小,随着水泥掺入比和龄期增大而增大;内摩擦角和有效内摩擦角随着EPS球粒掺入比的增大而减小,随着水泥掺入比和龄期增大而增大.EPS球粒的空间置换效应与水泥的结点固化效应共同决定轻量砂的抗剪强度特性.     

边坡稳定分析有限元强度折减法失稳判据探讨

有限元强度折减法目前广泛应用于复杂条件下边坡稳定安全度的求解,其边坡失稳判据主要有有限元计算不收敛、位移拐点及塑性区贯通等.相应存在的问题有:收敛性受非线性求解方法制约、位移曲线的拐点有时并不明确、在滑动面未知的情况下塑性区贯通判据难以准确把握临界点等.针对一经典边坡,讨论不同迭代算法的影响,提出边坡位移曲线的双拐点概念,从另一角度分析各判据,根据其特点建议联合采用位移出现拐点与塑性区全部贯通作为边坡失稳判据.     

岩石剪胀效应的数值模拟研究

应用FLAC 3D数值模拟软件,分别对不同剪胀角与围压作用下,岩样的剪切带分布及强度特征进行模拟研究.结果表明:随着剪胀角的增加,单轴压缩试验岩样由单一剪切破坏向共轭剪切破坏转变,同时韧性有所增强;围压的增加使得剪胀角为零的岩样由单一剪切破坏发展为双"X"形剪切破坏,剪胀角大于零的岩样由复合共轭剪切破坏过度到单一"X"形剪切破坏,剪切带宽度不断增大;岩样的剪切带倾角随着剪胀角的增大而增大,随围压的增加而减小;围压使得岩样峰值强度与残余强度增加,对岩样残余强度的提高显著;相同围压条件下,剪胀角越大岩样的强度越高但增加幅值不大;随着巷道围岩剪胀效应的增强,围岩的变形量增加显著,合理有效地控制巷道围岩的剪胀变形是支护的关键.     

金属矿充填法开采对地表构筑物稳定性影响模拟

为确保某金属矿山采用充填法开采过程中地表移动带内调水工程的安全性,应用有限差分法进行矿区三维数值模拟计算,并采用安全性分析指标进行量化评价。研究表明：矿区开采结束后,采场周围部分区域出现了以拉伸破坏为主的塑性区,采场及时充填治理有效地避免破坏增大现象;地表变形主要为采场正上方自四周逐渐减小的均匀沉降变形,调水工程能够保持较好的稳定性;现场实测结果验证了模拟结果的准确性。     

基于统一相场理论和内聚力模型的钢纤维混凝土界面过渡区力学性能研究

为探究数值模拟中界面过渡区不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其损伤、破坏过程的影响，基于统一相场理论和内聚力模型，针对含单根钢纤维的混凝土拉伸试验，采用2种方法建立钢纤维混凝土界面过渡区的数值计算模型，对比分析不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其破坏形态的影响，并考察不同因素对含单根钢纤维的混凝土极限抗拉强度的影响。结果表明，对混凝土基体部分采用相场断裂模型、界面过渡区采用内聚力模型，无论是计算结果还是细观破坏形态，都具有较好的准确性和可靠性；初始裂缝位置取30 mm和35 mm的钢纤维混凝土抗拉强度比取25 mm时分别提高30.8%和75.7%,钢纤维埋置角度为15°,30°和45°时的钢纤维混凝土抗拉强度比0°时分别降低12.2%,30.8%和48.9%,钢纤维增强作用受初始裂缝位置及钢纤维埋置角度影响较大，受钢纤维直径影响相对较小。采用统一相场理论可降低分析的难度、保证较高的计算精度，为研究钢纤维混凝土的损伤、断裂过程提供了理论参考。