在机加载条件下桩承式路堤离心模型试验设计

现有桩承式加筋路堤离心模拟技术存在诸多简化,忽略了模型应力历史的相似性。充分考虑几何布桩、材料特性、荷载及应力历史的相似性,优化设计了高重力场在机固结、插桩与路堤堆载的桩承式路堤离心模型试验方案。提出了对应在机加载过程的数值模拟方法,并分别建立了对应模型尺度和原型尺度的桩承式路堤单桩有限元模型。对比分析表明,模型尺度与原型尺度数值模型的桩土沉降曲线、荷载分担规律、路堤与桩身荷载传递、超静孔压分布均吻合,验证了桩承式路堤离心模型相似设计的正确性与合理性。离心模型试验方案能够反映桩承式路堤的变形发展、土拱效应与荷载传递特性,为在机加载条件下桩承式路堤离心模型试验奠定了重要的先期研究基础。     

原状土地基石灰土路堤离心模型试验

对原状软土地基石灰土路堤进行了离心模型试验,分析了试验过程中拍摄的模型图片、位移计测得的路堤和地基表面位移,以及模型地基侧面的标记点位移等值线图.分析结果表明,原状软土地基上的石灰土路堤在2～4 m的堆载过程中由于地基不均匀沉降开始断裂;地基中最大水平位移增量Δδmax与路堤中心下地基沉降增量ΔS之比值在4～6 m的路堤堆载阶段发生突变,预示地基趋于失稳,这与离心模型试验观察结果及采用不排水剪指标的太沙基地基承载力计算结果一致;鉴于石灰土的脆性和低抗拉强度,在实际软土地基石灰土路堤工程中可采用低于2 m的低路堤形式,也可在石灰土路堤中采用加筋的方式来提高其整体性、抗拉强度和减小地基的不均匀沉降量.     

土石坝动力离心模型试验颗粒流数值模拟

以长河坝离心模型试验为基础,开展颗粒流细观数值模拟研究,分析大坝在不同地震加速度和离心加速度下的动力响应(加速度和位移)和破坏模式,并对长河坝双向振动台模型试验进行了数值模拟分析.数值模拟结果表明:数值模拟规律与离心振动台试验规律基本一致,坝体的地震破坏模式为坝顶局部滑动破坏;同一高程坝坡位置的动力响应大于心墙位置;随...     

高填方路堤土中爆破数值模拟

 由于进行多次、大规模爆破成腔试验研究存在一定难度,本研究采用爆炸流体动力学数值分析方法,模拟土中爆腔形成和周围土体挤密效果。对现场爆破试验采集到的爆炸波波速进行分析,推导出土壤的相关参数,然后采用基于ANSYS/LS-DYNA中多物质ALE 算法,对土中爆破成腔进行分析,得到爆腔大小与土体压实度关系以及爆腔周围土体密度随爆心距变化关系,爆破成腔数值模拟结果与现场爆破试验结果具有较好的一致性。     

降雨入渗参数对粗粒土路堤暂态饱和区影响的数值模拟

为探讨降雨入渗条件下粗粒土路堤边坡暂态饱和区的形成条件,分析降雨入渗参数对暂态饱和区发展规律的影响,基于室内外试验数据与实际气象数据,拟定不同的数值计算方案,采用降雨入渗理论对降雨入渗参数影响下粗粒土路堤边坡雨水入渗过程进行数值模拟。结果表明：降雨强度q与饱和渗透系数ksat的比值是决定路堤内雨水入渗方式及暂态饱和区形成的关键因素,当q／ksat≥1.5时,路堤边坡表面及坡脚水平面将形成一定深度的暂态饱和区,暂态饱和区的形成增大了路堤发生失稳的可能;降雨入渗仅会引起路堤边坡坡面以下水位大幅度上升,对路面中部以下地下水位影响有限;路堤边坡暂态饱和区的扩展速度主要取决于q与ksat的大小,而暂态饱和区形成的时间与扩展面积则受到降雨强度、降雨历时与饱和含水率的共同影响。     

软弱地基上高填方路堤沉降观测及数值分析

为研究软弱地基上高填方路堤沉降规律,依托某高填方路堤填筑的工程实际,现场测试原地表沉降量、分层沉降量和地表水平位移,并利用有限元软件分析不同填筑高度对地基变形的影响.结果表明:在路堤填土完成后,路堤中心沉降量为44.6cm,路肩处为32.5cm;填土完成后6个月,路堤沉降趋于稳定,沉降分别为59.5cm和47.8cm;工后沉降占沉降的比例分别为25%和32%.路堤填筑过程中,地基软弱土体向外挤出,最大位移发生在地表以下2～4m处,为22.4cm.数值计算结果和实测结果数值上有所差异,但规律一致且差别不大.     

路堤温度数值计算的分析

由于边界条件和初始条件的复杂性，路堤能量的偏微分方程的精确解很难求得，本文通过对路堤的温度采用差分计算以求其数值解法的方法，从理论上获得路堤任意时刻温度情况，为寻求防止寒区道路路面破坏措施提供理论上的依据。     

基于模型试验和数值模拟的土工格室加固高填路堤稳定性：以新疆G216线民丰段为例

为研究土工格室加固高填路堤的稳定性,通过开展室内模型试验,分析了在持续荷载作用下素土边坡和土工格室加固高填路堤边坡的沉降量和最大水平位移;基于室内模型试验,建立有限元模型,分析了不同加固条件下的坡顶沉降量、最大水平位移及土工格室应变,研究了土工格室高度、铺设间距以及不同铺设部位对高填路堤稳定性的影响。结果表明:铺设土工格室能降低边坡土体的沉降量和最大水平位移,进而提高边坡的承载力;素土边坡剪应变自坡顶至坡脚形成贯通的滑移带,铺设土工格室后,滑移带的位置由边坡表层深入坡体内部,且滑移带未完全贯通;增加土工格室的高度,边坡的沉降量和最大水平位移先减小后趋于稳定,安全系数先增大后逐渐平缓;边坡的沉降量、最大水平位移随土工格室铺设间距的增大而增大;减小土工格室铺设间距0.6~0.7倍,最大水平位移降低1.5~2倍,坡顶沉降量减小1.5~1.8倍,安全系数增大1.1~1.3倍。高填土路堤的侧向位移主要发生在边坡底部H/3处,在边坡底部H/3处减小土工格室的铺设间距、增加土工格室的高度能更好约束侧向位移和沉降量,是提高路堤稳定性更为经济合理的加筋方案。     

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.     

山区高填方路堤沉降监测及数值分析

依托厦沙高速某段高达63.38 m的填方路堤,使用分层沉降仪监测填方路堤的工后沉降,分析其沉降规律。监测结果显示,工后240 d高路堤总沉降量处于0.151-0.191 m之间。使用有限元软件ANSYS计算高路堤的沉降量,得到工后240 d总沉降值为0.232 m,与监测值接近。数值计算结果所显示的分层沉降规律和监测结果也较为一致。并且计算了不同压实度下路堤工后沉降量,为填方路堤工后沉降计算和控制提供了有益的借鉴。     

多年冻土路基水-热-力耦合理论模型及数值模拟

在建立多年冻土地区路基非稳态温度场控制方程、水分迁移的有限元控制方程和路基变形场及应力场计算模型的基础上，提出水-热-力耦合模型。以青藏公路唐南段K3393＋950的冻土路基为计算对象，得出了1月份路基温度场、水分场及应力场（变形场）的分布规律：路基温度场内部存在着未冻土核；水分场在温度梯度的作用下有向冻结冰锋线迁移的趋势；在负温条件下，土体的体积含冰量超过临界值时，将产生冻胀现象。研究结果表明，多年冻土地区路基的温度场、水分场及应力场一直处于动态变化中，路基的热状况、水分状况与变化规律及由此引起的应力重分布是引起道路冻害的主要因素。     

Numerical simulation of effects of rainfall infiltration parameters on transient saturated areas of coarse-grained soil embankment

为探讨降雨入渗条件下粗粒土路堤边坡暂态饱和区的形成条件,分析降雨入渗参数对暂态饱和区发展规律的影响,基于室内外试验数据与实际气象数据,拟定不同的数值计算方案,采用降雨入渗理论对降雨入渗参数影响下粗粒土路堤边坡雨水入渗过程进行数值模拟。结果表明:降雨强度q与饱和渗透系数k_sat的比值是决定路堤内雨水入渗方式及暂态饱和区形成的关键因素,当q/k_sat≥1.5时,路堤边坡表面及坡脚水平面将形成一定深度的暂态饱和区,暂态饱和区的形成增大了路堤发生失稳的可能;降雨入渗仅会引起路堤边坡坡面以下水位大幅度上升,对路面中部以下地下水位影响有限;路堤边坡暂态饱和区的扩展速度主要取决于q与k_sat的大小,而暂态饱和区形成的时间与扩展面积则受到降雨强度、降雨历时与饱和含水率的共同影响。     

路桥过渡段路堤加筋现场试验和数值模拟分析

采用土工格栅加筋处理路堤填土可有效解决路堤填土压缩变形过大的问题,从而减小路桥过渡段桥台与路堤的差异沉降以及缓解桥头跳车的现象.通过现场试验对加筋路堤中格栅上、下表面土压力与格栅变形进行了监测分析.采用有限元方法对比分析路堤在加筋与未加筋2种工况下路桥过渡段路堤变形的差异.结果表明：路堤加筋技术在桥台附近减载作用明显,...     

带连系梁的桩承式加筋路堤三维数值模拟分析

针对传统桩承式加筋路堤应用中存在的问题,结合新型三向土工格栅高强度和刚度的特点,在桩顶设置连系梁并对格栅铺设工艺加以改进.通过数值模拟对改进前、后的桩承式加筋路堤的受力和位移进行对比分析.结果表明：相对于普通加筋,采用改进的桩承式加筋路堤模式可以减小路堤的不均匀沉降和侧向位移,提高格栅的利用效率,有效约束路基侧向位移,...     

高填方边坡下涵洞受力变形数值模拟研究

对某型低速轴流压气机转子和NASA Rotor 37跨声速转子进行了全通道定常和非定常数值仿真研究,采用了喷管模型和节流阀模型作为出口边界条件来取代常规的边界条件设置方法,分别通过调节计算域出口面积和节流系数的方法改变转子工作状态。计算结果显示:与出口边界采用固定背压值的方法相比,采用喷管模型和节流阀模型能够准确计算转子失速前后各个工况点的流动状态。采用节流阀模型时,通过调节节流系数能够准确地判定转子失速临界点,在继续节流的过程中能够计算出失速时转子通道内失速区的形成与发展情况。研究发现,叶尖区域流动失稳即叶尖局部回流区的出现和扩展在这两型压气机转子的失速过程中起重要作用。其中低速轴流压气机转子全通道非定常计算发现,在失速时转子叶尖部位首先出现两处回流区,且回流区范围随转数增加而扩大,最终形成相对明显的失速团结构。     

边坡桩基受力特性的离心模型试验

鉴于采用常规试验方法对临空面的边坡桩基较难进行分析,利用基于相似理论的土工离心试验机,通过缩小原型尺寸的方式对其进行研究。在土工离心试验中,采用自制的加载系统分别对端承桩与摩擦桩这2种不同形式的桩基施加水平荷载和竖向荷载,给出边坡桩基受力性能的研究方法,并进行了受力机理分析。试验结果表明:边坡桩基受较小的水平荷载时,2种桩基形式受力性能相差不大;摩擦桩在承受竖向荷载时承载性能较差,对桩周土体扰动较大,不宜作为边坡桩基的形式。     

填土路堤下复合地基性状

将平面问题有限元法用于填土路堤下复合地基性状的研究,编制了适用于复合地基的二维有限元分析程序,分析中桩体按线弹性、Duncan-Chang非线性弹性两种模型计算,填土和地基土的应力-应变关系取非线性,分析了Duncan-Chang模型中参数复合地基的性状规律,从而为填土路堤下复合地基的设计提供参考依据。     

不同加筋形式的沿海高速公路拓宽路堤现场试验与数值分析

为了了解沿海高速公路路堤拓宽过程中的受力变形规律,通过拓宽路堤现场试验与数值分析,分析了施工过程中两种不同加筋形式对新路堤深层侧向位移、地表累计沉降、格栅累计变形的影响并通过数值模拟进一步探讨了路堤拓宽过程中的受力变形规律。结果表明：随着填土高度的增加,K2130+590段和K2130+620段的深层侧向位移、地表累计沉降、格栅累计变形也随之增大,其中K2130+590段路堤顶部、底部的最大侧向位移与K2130+620段相比分别减小了31.83%、76.98%,且路中处最大沉降与K2130+620段相比减小了40.51%,而两个试验段格栅累计变形相差不大,基本保持一致;通过综合考虑K2130+590段与K2130+620段的深层侧向位移、地表累计沉降及格栅累计变形,建议采用格栅与格室的组合加筋形式。同时发现最大剪应变增量随着新路堤填土高度的增加而增大,新旧路堤最有可能沿台阶处发生滑移破坏,故为了拓宽路堤的稳定与安全,建议增强新旧路堤台阶处的连接强度,以此保证加筋新旧路堤结构的整体稳定性。