上海临港砂质粉土硬化土小应变模型参数研究

硬化土小应变模型(HSS模型)考虑了土体在小应变区域内刚度随应变的非线性变化,是土工数值分析中应用较为广泛的软土本构模型之一。上海地区软土的特性研究已取得了较为丰富的成果,但关于浅层砂质粉土的研究还不够全面。通过三轴固结排水剪切试验,三轴固结加卸载试验,固结试验以及共振柱试验,获得上海临港地区浅层砂质粉土的硬化土小应变本构模型的试验参数,包括土体的初始剪切模量、土体强度参数和加卸载模量等。将试验结果与已有文献的相关数据进行对比分析,试验结果可为上海地区浅层砂质粉土的深基坑工程数值分析提供参考数据,具有工程参考价值。     

小应变土体硬化模型参数的敏感性分析及确定方法

小应变土体硬化(Hardening soil model with small strain stiffness, HSS)模型能够反映土体小应变阶段的非线性特性和应力相关性,在深基坑工程领域已被广泛应用,但由于参数众多,目前对参数确定方法尚缺乏系统研究。分析了HSS模型各参数的意义及常规确定方法,采用数值模拟方法开展了HSS模型参数的敏感性分析,基于统计的大量研究成果,建立了土体参数与孔隙比之间的非线性关系,进一步通过2处深基坑工程的变形分析进行验证。结果表明：在基坑数值分析中,参考动剪切模量 的敏感性最高,参考切线模量 的敏感性最低,建立的非线性关系能够较好的反映土体模量与孔隙比的相关性,围护结构侧移的计算值及实测值较为吻合,验证了提出的参数确定方法的适用性,可为相关工程提供参考。     

厦门地区典型地层HS-Small模型小应变参数敏感性分析

小应变硬化模型(HS-small模型)是以HS模型为基础提出的一种能反应土体小应变特性的本构模型,除了包含HS模型参数外,还包含两个小应变参数和,可以反映土体在小应变状态下呈现高度的非线性、高模量等特性。为了研究小应变参数对深基坑数值分析结果的敏感性,针对厦门地区典型土层,采用HS-small模型,通过有限元模拟某深基坑工程的施工过程,开展小应变参数对地表沉降及围护墙弯矩的敏感度分析,并研究参数随基坑开挖的演化规律。结果表明:在厦门地区在深基坑数值分析中,取值对地表沉降和围护墙弯矩值的影响较大,的取值影响相对小;粉质黏土和残积砂质黏性土的小应变参数对结果起到重要的影响;前期开挖,粉质黏土起控制作用,后期开挖,残积砂质黏性土起控制作用。     

济南济泺路穿黄隧道典型粉质黏土HSS模型参数获取及适用性

盾构施工过程中土体大部分区域处于小应变状态,与常用的本构模型的土体性质有所不同。因此,为研究济南济泺路穿黄隧道区域内典型粉质黏土的的静动力行为特性及工程适用性,通过室内基础土工试验、侧限固结试验、标准三轴固结试验以及动三轴试验,确定了粉质黏土基本物理性质参数以及切线刚度 、割线模量 、卸载/重加载参考刚度 , 并将所得参数应用于济南济泺路穿黄隧道工程下穿北岸大堤沉降分析中,同时通过对比应用HSS小应变硬化本构模型、M-C 摩尔库伦本构模型的模拟结果与现场实测结果,验证了HSS本构模型在该地区变形分析中的准确性。结果表明：围压一定时,该地区粉质黏土试样竖向应变以塑性应变为主,且随动应力的增加,土体达到稳定所需时间越长;循环荷载一定时,增大土体围压可提高土体的稳定性;基于室内试验获取的HSS本构模型参数模拟的济南济泺路穿黄隧道下穿大堤工程地层变形结果与现场实测值吻合良好,验证了基于本文提出的室内试验获取岩土小应变相关参数方法的适用性。研究成果可以丰富济南黄河地区粉质黏土地层参数研究,并为该地区岩土工程数值模拟分析的本构模型与地层参数选取提供参考。     

两种常用本构模型在基坑开挖数值模拟中的适用性

针对基坑分析中难以选择土体宏观本构模型的现状,通过数值模拟研究2种常用本构模型对基坑开挖问题的适用性。首先,基于双轴压缩试验,求解与离散元试样在力学特性上相匹配的M-C和D-P模型参数;其次,进行基坑开挖模拟,以离散元的应力、应变路径分析结果为参考,讨论2种本构模型在基坑分析中的特点及适用性。结果表明:M-C和D-P本构模型能够较好地反映开挖过程中土体的复杂应力发展,难以表征土体的变形发展;2种模型的基坑开挖分析结果相差不大。     

承压水基坑突涌机制离心模型试验与数值模拟

软土地区的深基坑工程,在承压水作用下容易发生管涌、流土和隔水层整体顶升等形式的突涌破坏.结合紧邻地铁枢纽深大基坑工程,设计了基坑突涌离心模型试验,模拟不同承压水位作用下黏性土体隔水层突涌状态,并建立有限元数值模型,分析试验水位压力下坑底土体的应力应变机制.离心模型试验和数值模拟结果表明,在承压水压力作用下,坑底隔水层产生向上的隆起变形,并且基坑中间位置变形量大,随着水位的升高,土体变形曲率增大;基坑围护墙附近的隔水层土体剪切应变大于体积应变,而隔水层与承压含水层的界面处体积应变较大,产生水压楔裂作用并形成有效应力为零的区域;黏性土体隔水层在剪切效应与界面楔裂效应的共同作用下,发生整体顶升破坏.     

考虑土体空间变异性的管廊基坑开挖过程中变形及能量演化特征分析

基坑开挖工程的稳定性受所在区域土体参数的空间变异性影响较大,其施工过程伴随着基坑内部能量的相互转化,为研究复杂多层土基坑开挖过程中土体参数的空间变异性影响及能量演化特征,依托佛山市某综合管廊基坑项目,基于中心点法建立了多层土的弹性模量随机场模型,结合FLAC软件构建了复杂多层土的随机场-有限差分耦合计算基坑开挖的数值模型。研究结果表明：基于随机场参数的统计分析及位移实测对比分析验证了所建立模型的准确性;基于均质模型与随机场模型的测点变形趋势一致,但不同测点处位移的变异性存在显著差别,基坑总体变形可控;基坑开挖过程中,弹性应变能的一部分转化为塑性应变能,开挖完成后基坑处于稳定状态。     

土体全弹塑性模型及其工程应用

为了模拟基坑开挖卸荷土体变形的全程弹塑性特征,将岩土弹塑性理论引入到Duncan-Chang模型中,建立了一个全弹塑性土体模型,模型的参数可通过三轴试验确定.在分析了基于该模型的基坑开挖数值计算方法的基础上,编制了相应的有限元计算程序,该程序能考虑基坑开挖过程和桩土之间的相互作用.通过对某基坑工程开挖模拟,并与Duncan-Chang模型比较,结合以往分析经验初步验证了模型的合理性.建立的土体模型更适于松砂和粘性土等应变硬化土体的卸荷过程模拟,提高基坑工程等挖方工程的模拟精度.     

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.     

卸荷软土的应力路径及对强度影响的研究

软土基坑卸荷开挖,周围土体应力应变发生变化,导致土体结构损伤及工程性质变异,最重要是强度降低,这一影响对坑底土体尤其明显,土体扰动以后的强度才是抵抗基坑变形所能发挥出的真实强度值,而通过常规室内试验提供的基坑设计强度参数并不能很好地与这个值相吻合。这样给基坑设计与稳定性评估带来较大的误差,本文分析了这一现象的机理与规律。     

基于HSS模型与分布式光纤监测的内支撑深基坑变形特性分析

深基坑监测可为基坑设计、施工安全提供重要的技术支持。为研究大连东港商务区内支撑深基坑开挖变形特性,结合分布式光纤监测与常规监测两种手段对基坑围护结构进行开挖同步监测,主要监测对象为：支护桩深层水平位移、内支撑轴力和基坑周边地表沉降。采用基于小应变硬化土体本构模型（HSS）的有限元软件Plaxis进行数值模拟分析,并结合有限元模拟结果与两种深基坑实测数据进行对比分析。研究表明考虑了土体小应变特性的HSS模型的有限元分析结果与实测数据都具有较高的吻合度,证明了模型的合理性。并验证了分布式光纤监测方案较常规监测手段在数据连续性和准确度方面也具有明显的优越性。本文的研究成果可为深基坑支护结构的变形监测和预警提供参考。     

黄土标贯击数与物理力学参数相关性及微观机制分析

为了补充西安市黄土塬区利用标贯击数预测土的物理力学参数的方法,以西安市长安区黄土塬地基土为例,通过现场标贯试验和室内土工试验,对地基土的标贯击数值与物理力学参数进行了一元和多元相关性分析,给出了拟合关系式及其相关系数;并利用电镜扫描及PCAS图像处理技术,从黄土微观结构角度对研究结果做了进一步分析。结果表明：黄土塬地基土的含水率、干密度、孔隙比、液限、黏聚力、内摩擦角、压缩系数均与标贯击数N有很好的线性相关性,地基土的湿陷系数与标贯击数N的线性相关性良好,可用N值对地基土的物理力学参数进行预测。研究成果可为西安黄土塬区岩土工程勘察提供参考。     

高强土工格室加筋砂地基模型试验变形分析

高强土工格室采用新型U形钉节点, 材料抗拉强度为传统格室的10倍左右. 将土工格室置于地基, 形成土工格室结构层, 针对纯砂地基和不同格室焊距的土工格室加筋砂地基进行多组模型试验. 分析试验所得荷载-沉降曲线, 结果表明土工格室加筋能明显提高地基承载力,减少地基沉降. 在一定范围内, 格室焊距越小, 加筋效果越明显. 将Winkler弹性地基梁计算方法运用于高强土工格室加筋砂地基沉降计算中, 得出弹性地基梁的有限长梁解, 通过试验所得实测数据较为精确地确定了计算所需参数; 对比试验和计算结果, 给出了高强土工格室加筋砂地基结构层变形计算方法, 并且得出高强土工格室这一新型材料的相关计算参数.     

风电主齿轮箱动态响应分析

以某3 MW风电齿轮箱为研究对象,通过导入壳体、齿圈、转架有限元凝聚刚度矩阵,建立基于MASTA的多柔体动力学模型,分析发现箱体在三级齿轮啮合频率附近有最高的动能分布,齿轮箱在高速级齿轮第一阶啮合频率激励下有最大的振动响应,且计算结果和试验测试结果基本符合。该结果可对风电齿轮箱设计阶段进行振动风险规避提供一定计算参考。     

相邻桩锚基坑开挖变形相互影响数值分析

以两个相邻桩锚支护的基坑工程为实例,基于小应变硬化土(HSS)模型,通过Z-Soil岩土有限元分析软件建立数值计算模型,分析相邻基坑开挖对基坑变形的影响.分析结果表明:相邻桩锚基坑开挖明显减小排桩桩顶水平位移、排桩深层水平位移、坑间土体深层水平位移和坡顶水平位移,对于桩顶水平位移的影响最为显著;相邻桩锚基坑开挖也增大坑间地表沉降,产生的沉降接近两个单坑引起的沉降叠加,最大沉降位置出现在两基坑的正中央;相邻桩锚基坑的支护设计宜考虑相邻基坑开挖的影响,宜以变形不超过单坑开挖产生的水平位移为控制基准.     

筒型基础海洋平台气浮拖航稳性分析

介绍了筒型基础平台充气浮运的浮稳性和自由运动周期的理论分析方法。气浮体的浮稳性通过稳性高参数来判断，并提出了稳性高参数的计算式。气浮体的自由运动周期采用单自由度弹簧体系来计算，部分参数通过试验确定。理论计算得到的稳心半径与模型试验和现场原型试验的测算值非常吻合，气浮结构的静稳性分析理论和浮态分析理论得到了相互验证。最后利用气浮分析理论对一工程结构进行了计算分析。     

磁控溅射CrAlTiN涂层高速钢麻花钻的钻削试验研究

涂层技术是改善高速钢刀具切削性能的最有效方法之一。用磁控溅射离子镀CrAlTiN涂层M2高速钢麻花钻,在干式切削条件下对三种不同强度和硬度材料进行钻削试验,结果表明M2高速钢麻花钻经CrAlTiN涂层后,使用寿命显著提高。但随着被加工材料强度和硬度的提高,钻头寿命提高幅度下降,尤其是钻头重磨后下降幅度更大。因此要充分发挥涂层的作用,必须合理地选择高速钢基体和刀具几何参数。