高尾矿坝的暴雨渗流和地震液化有限单元分析

本文先将连续暴雨期稳定渗流的水力势与尾矿坝的变形紧密结合起来,列出平衡方程和拉普拉斯方程,用等参数有限单元法联立求解位移和水力势,计算静应力;其次将振动孔隙水压力引入平衡方程式中,用有限单元法求解地震期间的位移和水力势;最后将平衡方程式与不稳定渗流方程式结合起来,联立求解地震结束后的位移与水力势,实际上本文提出了一个适用于尾矿坝和土坝非线性静力分析和渗流分析的以及动力分析的二维有效应力方法.利用该法对德兴铜矿4号高尾矿坝作了具体计算,求得该坝在连续暴雨期间的静应力、流网、在地震期间和地震结束后的水力势、地震孔隙水压力的增长、扩散、消散以及液化的发生、发展、地震残余变形及其随时间的变化等等.     

地震液化的有效应力二维动力分析方法

本文根据有效应力原理提出了一个计算饱和土体地震反应的二维动力分析方法.该法不仅考虑到动剪应变与动剪切模量之间的非线性关系,而且还考虑到振动孔隙水压力逐渐增长的效应(砂土软化)而变化的动力性质.这个方法能够求得地震过程中饱和土体的加速度、动应力、动应变以及振动孔隙水压力随着时间的发展、液化的开始、发展过程.以江西德兴铜矿4号尾矿坝为例,采用等参数有限单元法,用本文提出的分析方法和建议的振动孔隙水压力增长模式以及两种地震曲线,详细地分析了该坝在0.4g地震情况下的液化过程,并与目前流行较广的总应力法算得的结果作了比较.     

循环波压力下软基上大圆筒防波堤数值分析

基于忽略土骨架和孔隙水惯性效应的广义Biot固结理论的简化形式,采用前人提出的改进剑桥弹塑性动力本构模型以模拟软黏土在循环荷载作用下的变形、超静孔隙水压力累积效应,对于循环波压力作用下软土地基与大圆筒结构物耦合系统进行了弹塑性有效应力有限元分析,探讨了不同波高条件下大圆筒结构的不同变形模式以及失稳机理.计算结果初步表明:当波高较大时,大圆筒结构与地基耦合系统的瞬时位移较大,残余变形相对较小;而当波高较小时,大圆筒结构与地基耦合系统的残余位移相对较大.     

指数形式渗流定律下软土一维大变形固结分析

在土中渗流遵循指数形式渗流定律下,假定土体压缩系数和渗透系数在固结过程中均保持不变,在拉格朗日坐标系下,以超静孔隙水压力为变量,建立软土一维大变形固结问题的控制方程及求解条件.利用有限差分法,对计算模型进行求解,得到超静孔隙水压力的数值解答.在此基础上,对某时刻不同深度处土体孔隙比以及地基沉降变形进行求解,并据此给出按变形定义的地基平均固结度和按应力定义的地基平均固结度的解答.最后,结合实例分析了渗流指数对大变形固结性状的影响,分析了基于指数形式渗流定律的软土一维大、小变形固结理论的区别,给出了基于指数形式渗流定律的软土一维固结问题中必须要考虑大变形特性的条件.     

堤防地震液化数值模拟及动力反应分析

为了评估青草沙水库在地震作用下的性状,利用FLIP程序分析堤基及上部堤防地震液化变形规律,比较了堤防不同位置处的残余变形、超静孔隙水压力比分布、有效应力路径等.结果表明:抗震设防烈度7度条件下,堤防结构的存在放大了地表的加速度;堤防残余变形主要发生在堤身和堤脚周围一定深度范围,地下12 m及以下土体残余变形很小;堤顶中...     

南水北调中线工程砂土地震液化和变形破坏动力数值分析——以漳河河漫滩段为例

砂土液化问题一直是土动力学与岩土地震工程研究领域的重要课题之一.基于南水北调中线一期工程总干渠漳河河漫滩段工程,通过现场和室内试验获取岩土体的动力学参数,利用岩土数值分析FLAC3D软件,砂土本构模型选为Finn模型,输入近场地邯郸台记录的实际地震波,对渠基砂土地震液化和渠道变形破坏特征进行了动力数值分析.结果表明,在地震作用下,超静孔隙水压力最大值位于渠堤底部砂土层中,但渠堤底部砂土层由于初始应力较大,其孔压比不高,不会发生液化;在渠道底部以及渠堤外侧坡面平台至坡脚局部区域土体虽然超孔隙水压力较小,但有效应力小,超孔压比反而大,砂土层发生了液化;在地震作用下变形主要发生在渠堤和浅层地基土里,具有对称性;渠堤边坡的变形破坏主要表现为在渠堤顶面发生震陷和拉裂破坏,在坡脚处发生水平侧向流动和挤压隆起变形.计算过程中,在渠堤及地基的不同位置设置监测点,得到了地震作用过程中不同位置处超孔隙水压力、有效应力和位移的动态变化规律.通过剪应变增量判断,在地震力作用下渠堤及地基中形成了贯通的剪切滑动面,易发生整体滑动破坏.研究成果对南水北调砂土液化特性的认识和防治有一定的意义.     

基于模量逐步软化的真拟静力永久变形计算方法

基于地震整体变形分析原理,针对传统的等效节点力法和软化模量法无法全面考虑土体在地震荷载作用下的软化效应和体积收缩特性等问题,提出了一种较适合高心墙堆石坝的永久变形计算方法.该方法在动力时程分析中重点考虑了逐渐累积的残余剪应变和残余体应变对应力应变关系的软化效应,同时考虑了各时段残余振动孔压引起的最大动剪切模量的衰减效应.算例分析表明,考虑模量逐步软化的拟静力永久变形计算方法既可以较为真实地模拟地震实际情形.又能够得到坝体各部分永久变形的发展和累积过程.     

非饱和与饱和黄土统一性动力响应机制试验研究

动荷载作用下,非饱和与饱和天然黄土在直观表现上显著不同,前者以震陷(动残余应变)为特征,后者则表现为液化现象.基于室内静(动)三轴试验、土水特征曲线测试,结合天然黄土的水、气两相在固相介质中的渗透性,研究固、水、气三相介质控制黄土应力响应过程的差异性作用,揭示天然黄土动残余应变与液化在动力响应机制上的统一性.试验分析结果表明:不同加载过程中,加载应力与残余变形、残余变形与孔隙压力的相关系数,普遍高于加载应力与孔隙压力的对应量值;相较固相介质响应外部荷载作用的变形过程,水、气两相的响应明显具有受限于固相介质变形的特征;固相介质的受载变形和水、气两相介质的低渗透性,是黄土动力响应过程中孔隙压力增长的决定性因素;非饱和与饱和黄土在直观现象上的差异,与水、气相在渗透性与可压缩性方面的显著差别密切关联.     

水位循环升降作用下粉土变形及沉降机理

地下水位升降变化是浅层地下水普遍存在现象,常常导致土层结构与土体性质发生变化,从而影响地基土变形与沉降.以洛阳地区粉土为研究对象,通过水位循环升降模拟试验,研究水位循环升降作用下粉土孔隙水压力、土压力周期性变化规律及由此产生的变形沉降特性.试验表明:孔隙水压力周期性变化是导致土体周期性变形的主要原因,两者具有相似的周期性变化规律;孔隙水压力对水位升降表现出瞬时响应,而变形则呈现滞后性.通过机理分析发现,振荡孔隙水压力是土体中饱和-非饱和状态转变的根本原因,而残余孔隙水压力的衰减消散是土层产生固结沉降的驱动力.     

附加应力沿深度变化的砂井地基固结分析

基于等应变固结的假设,考虑附加应力沿地基深度的变化以及涂抹效应和井阻的影响,导出砂井地基固结偏微分方程,求得孔隙水压力和平均固结度的解析解.在随时间变化的预压荷载作用下,对把初始孔隙水压力和附加应力简化为沿深度梯形分布的固结性状进行比较.结果表明,对于深厚砂井地基,附加应力和初始孔隙水压力分布对固结过程具有明显影响,若按均匀分布计算,所得的平均固结度偏小.     

附加应力沿深度变化的砂井地基固结分析

基于等应变固结的假设,考虑附加应力沿地基深度的变化以及涂抹效应和井阻的影响,导出砂井地基固结偏微分方程,求得孔隙水压力和平均固结度的解析解.在随时间变化的预压荷载作用下,对把初始孔隙水压力和附加应力简化为沿深度梯形分布的固结性状进行比较.结果表明,对于深厚砂井地基,附加应力和初始孔隙水压力分布对固结过程具有明显影响,若按均匀分布计算,所得的平均固结度偏小.     

周期荷载下饱和砂土的体积变化与液化势

本文通过对饱和尾矿砂在振动单剪仪上的排水试验,量测了试样在周期荷载下的体积变化。通过相关分析得出了体积应变增长速率与周期荷载和初始剪应力之间的规律,从而得到了孔隙水压力增长率的表达式。并以此对饱和尾矿砂的液化势进行了推算,所得的结果与试验极为一致。因此,本文为用有效应力的观点对地基、斜坡、土坝进行动力稳定分析和液化判断提供了一个可以实施的方法。     

球应力振动仪的研制与试用

鉴于复杂振动荷载下地基和土工建筑物动态反应的研究存在一定的困难，因此将 复杂振动荷载分解为球应力振动与偏应力振动进行研究。为了探讨球应力振动下土的 动力特性，研制了球应力振动仪。该仪器可以测出作用在试样上振动球应力的大小， 同时可以测出不排水试样在不同振动球应力作用下孔隙水压力的变化过程。将其结果 与动三轴试验相应的试验结果进行比较，可以获得振动球应力对饱和砂上液化影响的 情况。本仪器制造方便．经过初步试验．证明其性能基本良好．     

考虑模量变化与三维应力影响的地基沉降分析方法

鉴于三维应力作用下土变形模量变化的根本原因在于体积变化,首先视地基土是由孔隙与土颗粒骨架组成的两相介质,将地基土单元抽象为空心球壳单元,利用Walsh公式及体积应力作用下的球壳位移计算公式,导出了地基土变形模量、土颗粒骨架变形模量与地基土孔隙率之间的关系模型,在此基础上,考虑地基土变形模量变化的非线性特征,引进分级加载思想,建立了增量体积应力作用的地基土变形模量变化的递推关系模型,然后,考虑三维应力影响,联合引进分层总和与分级加载的思想,利用前述地基土增量体积应力作用的地基土变形模量变化的递推关系模型,建立了新的地基沉降分析方法.该方法不仅能反映三维应力及变形模量变化对地基沉降分析的影响,还能有效避免地基土压缩试验曲线或地基静载试验曲线的使用.通过工程实例计算,并与现有同类分析方法进行比较分析,表明了本文模型与方法的合理性与优越性.     

核电防波堤地基的有效应力法液化及变形分析

针对田湾核电防波堤工程,利用FLAC3D有限差分程序对其进行液化及变形分析.通过施加两种不同的地震加速度峰值进行动力计算分析,得出防波堤地基在不同部位的超孔压比值以及有效应力值的大小,据此判断砂土地基的液化特点以及液化区域.计算结果表明:砂土层较厚的区域超孔压比值接近于1,有效应力趋近于0,液化现象严重.最后基于液化的结果,提取动力计算结束后的变形云图,总结防波堤的震后残余变形规律.     

排水板施工对软黏土扰动的现场试验研究

通过软黏土地基上塑料排水板施工过程的孔隙水压力观测及现场十字板强度试验,研究了排水板施工前后地基土体孔隙水压力增长和消散的规律,并且从软黏土地基的有效应力变化和结构扰动等方面分析了土体强度损失及恢复过程.结果表明:单根排水板施工引起的孔隙水压力增长较小,仅对表层孔隙水压力影响大;板群的施工对4 m范围内土体孔隙水压力的增长有叠加效应;排水板施工一方面使软土地基内的孔隙水压力增长,有效应力减小,导致软土强度的降低,另一方面使地基软土结构发生破坏而引起软土强度降低;孔隙水压力的增长引起的地基土强度损失恢复较快,而结构扰动引起的强度损失恢复较慢.     

堆载预压处理滨海软基三维数值分析

塑料排水板在处理软土地基中已广泛应用.针对塑料排水板地基目前主要分析方法是将其转化为平面应变有限元,然而计算的孔隙水压力和水平位移结果不理想.基于ABAQUS排水板单元建立较大规模的三维有限元模型,结合某塑料排水板堆载预压处理软基工实例模拟分析.计算所得的软基的沉降曲线、孔压曲线与现场测量值比较吻合,证实了模型中三维排水板单元的可靠性.通过改变施加填土的时间以及堆载预压的时间,对比观察软土地基超孔隙水压力和地表沉降的变化规律,确定最佳的施工方案.为以后堆载预压处理软土地基的设计与施工提供指导和参考.     

行车荷载作用下湿软路基残余变形的研究

依据弹性层状体系理论计算了行车荷载作用下路基顶面及路基土中的竖向应力，建立了路基附加应力的动力模式，采用室内动三轴试验模拟了行车荷载作用下路基土的残余应变特性和孔隙水压力规律，提出了行车荷载作用下湿软路基残余变形的预估方法，并通过上海成都市外环线通车2年后路基残余变形预估值和实测值的对比计算验证。     

近海重力式建筑物振动下地基动态稳定性分析

基于笔者所建立的随机波浪荷载激起建筑物振动而作用于海底地基上的统一等效荷载，以及分析判断振动荷载下土体中振动孔隙水压力生长程度的能量法，研究、探讨了重力式海洋建筑物的振动导致地基中振动孔隙水压力的发展和地基的整体稳定性。具体算例表明这种方法用于分析海岸、海洋建筑物地基的动态问题比较合理、可行，且便于工程应用。     

无网格伽辽金法在二维土体沉降分析中的应用

无网格伽辽金法(EFGM)是无网格法的一种,采用滑动最小二乘法构造位移函数,脱离了单元的概念,计算精度高且稳定性较好,在岩土工程和结构分析中都有广泛的应用.给出了一个用EFGM法求解二维土体沉降问题的算例,选择四结点等参单元的拉格朗日算子法计算,并与有限单元法(FEM)进行了比较.就土体固结沉降和超静孔隙水压力等参数的计算结果来看,都与FEM法较吻合,表明EFGM法在处理土体沉降变形问题时可行且有效.图6,参10.