基于柔性边界的非饱和土三轴试验及离散元分析

非饱和土三轴试验的离散元模拟,对于从细观角度揭示其力学特性至关重要,但目前研究多采用刚性边界条件.使用黏结球颗粒代替橡胶膜,实现围压柔性加载.在此基础上,提出非饱和土三轴数值试验模拟流程,并进行不同围压下的三轴数值试验.从宏观破坏形态和细观剪切带、配位数、接触力等方面研究不同围压下非饱和土的力学特征.结果表明：非饱和土力学特性受围压影响较大,峰值应力和弹性模量随围压增大而增大,围压越大,剪胀性越小;试样主要表现为鼓胀破坏,破坏后剪切带在形态上呈对称的“X”形,剪切带的形成开始于颗粒的转动,到达峰值应力时,内部转动颗粒发生贯通,剪切带基本成型,围压越大,剪切带上转动颗粒数目和转动角度越小;配位数先增加后减少,与体应变变化趋势一致,且随围压增大而增大;剪切使法向接触力概率密度函数峰值左移,并且使法向接触力不均匀性增大,围压越大,法向接触力分布越均匀.该研究成果可为从细观认识非饱和土的力学行为提供途径.     

粗粒土的动力行为特征及永久变形特性研究

通过对粗粒土填料开展动三轴试验,分析了不同围压、轴向动应力作用下粗粒土的轴向永久应变发展规律.依据安定理论和累积应变速率随累积塑性应变的变化趋势,对粗粒土试样的永久变形行为进行了划分,建立了考虑应力状态及动荷载次数的永久变形预测模型,并给出了不同动力行为类型的参数取值范围.结果表明:轴向应变速率随累积应变的变化规律可作为划分粗粒土动力行为类型的依据;粗粒土试样的受力状态(围压、动应力幅值)对永久应变速率的影响显著;可用幂函数来描述粗粒土永久变形随动荷载的累积特性,函数参数可反映围压和动应力幅值的影响.研究结果有助于加深对粗粒土填料变形响应特性的理解.     

深厚软土区超长桩基压缩变形测试及分析

提出了一种联合运用沉降计和应变计观测超长桩基桩身压缩变形及桩底土压缩变形的新方法,详细介绍了所涉及元器件的安装方法和施工工艺;实践表明该方法的监测深度可达地表以下100 m,有效完善了深厚软土区超长桩基沉降变形测试技术.基于实测数据和数值仿真,系统研究了上海地区超长桩基的压缩变形规律及特性.主要结论如下:1)桥梁施工过程中,桩基竖向压缩变形随其受载历史呈"阶梯"式增长变化;群桩基础工后沉降约为5.0 mm,小于相关规范规定的20 mm限值;桩基承台的微小变形易导致不同位置基桩的桩顶沉降和桩身轴力存在一定差异. 2)桩底以下20～30 m范围内土体的总压缩变形量和单位厚度土层压缩量已很小,可初步判定上海地区高速铁路桥梁超长桩基的桩底土层压缩影响范围约为20 m. 3)沉降计法测试所得桩身压缩变形的精度通常高于应变计法;对于超长桩基,桩身压缩变形占桩基总沉降的比例可达30%～40%,在计算桩基沉降时应予以考虑. 4)桩身浅层范围内存在负摩阻力,距桩顶向下11 m处出现中性点,且中性点位置随桩基荷载增加有逐步上移的趋势.     

基于改进西原模型的软土流变一维固结解析

为解决不同应力水平下饱和软土层的沉降计算问题,考虑土的流变特性,对西原模型低应力分量进行了分析和改进.通过Laplace变换与反变换,得到了瞬时加载条件下改进西原模型的一维固结解析解,在此基础上采用积分的方法推导了多级加载条件下的统一解析解,并将解析解应用于洞庭湖软土路堤试验段的沉降计算.结果表明:该解析解沉降计算值在不同应力水平下呈现不同的变化规律,均与对应应力水平下的沉降实测值吻合.在固结初期,该解析解的计算固结沉降速率大大低于相同条件下弹性模型的计算结果.因此,在计算软基沉降时,必须考虑不同应力水平对软基沉降的影响,并考虑软土流变所引起的滞后效应.     

低承台桥台桩基侧向受力性状试验与数值分析

基于现场测试结果,采用三维有限元技术分析低承台桥台桩基在台后路基填土过程中桩基沉降、桩身弯矩、桩顶水平变形、桩身剪力和桩侧附加水平挤压力随台后填土荷载增加的变化规律.研究结果表明:计算结果与实测结果吻合较好:桩顶水平变形和桩身最大弯矩随填土荷载的增加近似呈线性增加:深度方向20m范围内,桩身剪力图呈“S”型,桩侧附加水平挤压力图呈抛物线型.低承台桥台桩基力学模型等同于桩项和桩端嵌入一定深度、具有一定变位的超静定梁结构.本文所得结论可以为桥台桩基的设计和施工提供参考.     

负摩阻力作用下的单桩竖向承载性状

对负摩阻力作用下的单桩承载性状、负摩阻力与工作荷载之间的关系进行理论分析,然后建立单桩有限元模型,研究负摩阻力作用下桩基的承载性能、桩基的刚度以及下曳沉降变化规律.研究结果表明:下曳沉降由2部分组成,一是桩顶没有荷载作用时纯粹由负摩阻力引起的桩顶沉降;二是负摩阻力作用下,桩顶荷载下移中性点位置,使得承受桩顶荷载的桩段缩短所引起的沉降.负摩阻力在中性点平面形成的一对平衡力相当于在单桩桩体上施加了预应力,提高桩体本身的轴向刚度.     

堆积覆盖层边坡开挖致滑现场试验及三维数值模拟

以一堆积层边坡开挖致滑现场试验为基础,根据试验场地实际情况建立了三维有限元模型,模拟分析堆积层边坡在开挖作用下的变形特征,得到了试验观测点ZK1,ZK2和ZK3顺坡方向的水平位移随开挖深度的变化规律．将其与实际结果进行比较表明．两者具有很好的一致性,证明采用数值计算技术可以较好地模拟边坡破坏过程中的位移、破坏范围和滑动面位置等情况．