基于统一强度准则的柱孔扩张问题及扩孔孔径分析

通过轴对称问题的应变协调方程,利用统一强度准则和相关联流动法则分析了柱孔扩张问题.利用柱孔扩张问题的基本位移公式和塑性区孔口位移条件,推导了柱孔初始半径a0、扩孔半径a和对应的孔压p三者的理论关系式.通过此关系式和塑性区半径相关公式求得柱孔扩张问题的塑性区半径rp,进而求出相关扩孔问题的应力场、应变场和位移场.探讨了统一强度理论和土体的参数问题,并且通过算例分析,对柱孔扩张问题中的应力场和位移场的分布规律、塑性区半径和扩孔压力的变化规律进行了分析.     

基于修正剑桥模型的软黏土中沉桩过程#br# 欧拉-拉格朗日耦合模拟分析

摘要： 利用CEL(Coupled Eulerian Lagrangian)有限元大变形方法模拟了不排水条件下软黏土中沉桩施工对桩周土体的影响.利用有效应力的方法实现了修正剑桥(MCC)模型Vumat子程序中超孔压的计算,通过与室内土工试验(一维压缩试验和三轴试验)结果对比证明了子程序的可靠性.将修正剑桥模型的Vumat子程序嵌入到Abaqus/Explicit的CEL方法中用于软黏土中沉桩效应的模拟分析.对计算得到的桩周土体流动、水平位移、超孔压、水平应力的分析表明,所采用的考虑孔压的CEL数值分析方法可以较好地模拟软黏土非排水条件下沉桩效应问题.     

基于修正Davidenkov本构模型与Byrne孔压增量模型的有效应力算法及其验证

提出了Davidenkov本构模型的不规则加卸载修正准则,以代替扩展Masing法则中的"上大圈"准则,并通过南京细砂原状土样的共振柱试验,提出了考虑初始有效围压对初始剪切模量和参考剪应变的修正公式.利用ABAQUS显式开发模块,实现了基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov本构模型与Byrne孔压增量模型的有效应力算法.对饱和南京细砂进行排水循环三轴试验,给出了南京细砂的Byrne孔压增量模型参数;对饱和南京细砂进行了不排水循环三轴试验和三维数值仿真的比较研究,发现该子程序能够较好地模拟南京细砂的振动孔压发展过程,合理地反映土体的液化特性,从而验证了本文提出的有效应力算法的合理性.     

基于摩尔库伦准则考虑渗流影响的孔扩张理论

通过球对称问题的应变协调方程、渗流理论、统一强度准则和相关联流动法则分析了球孔扩张问题.首先,根据渗流理论推导出了球对称状态下的球孔扩张的超孔隙水压力分布公式,确定了考虑渗流影响的球形孔扩张问题的应力场、应变场和位移场的基本公式.利用位移公式,结合塑性区球孔孔壁位移,推导了球孔初始半径a0,扩孔半径a和对应的塑性区半径rp三者的理论关系式.利用该关系式和其他相关公式给出了求解球孔扩张问题的具体求解方法.通过该方法求得具体问题的应力场、应变场和位移场.总之,通过扩孔压力p、初始孔径a0和扩孔孔径a这三者中的任意两者可求得具体问题的扩孔压力、应力场和位移场等.最后分析了一个计算实例的主要参量、应力场、位移场.     

基于修正剑桥模型的软黏土中沉桩过程欧拉-拉格朗日耦合模拟分析

利用CEL(Coupled Eulerian-Lagrangian)有限元大变形方法模拟了不排水条件下软黏土中沉桩施工对桩周土体的影响.利用有效应力的方法实现了修正剑桥(MCC)模型Vumat子程序中超孔压的计算,通过与室内土工试验(一维压缩试验和三轴试验)结果对比证明了子程序的可靠性.将修正剑桥模型的Vumat子程序嵌入到Abaqus/Explicit的CEL方法中用于软黏土中沉桩效应的模拟分析.对计算得到的桩周土体流动、水平位移、超孔压、水平应力的分析表明,所采用的考虑孔压的CEL数值分析方法可以较好地模拟软黏土非排水条件下沉桩效应问题.     

考虑土体初始应力下的散体桩承载力研究

基于Vesic柱孔扩张理论,推导出考虑土体在初始应力状态下的散体桩单桩极限承载力的计算公式,并分析了散体桩挤土塑性区半径的主要影响因素．同时结合工程实例,比较分析了现场试验与理论计算的桩承载力结果,结果表明,考虑土体初始应力状态下的散体桩极限承载力的计算结果与实际相比误差较小,可在实际工程中参考应用．     

变孔压边界地基土一维非线性固结解答

针对土体的非线性固结特性和实际工程中存在的变孔压排水边界,在土体一维非线性固结理论的基础上,提出严格满足初始条件的变孔压排水边界条件,建立了考虑变孔压排水边界条件的一维非线性固结模型,并给出了相应的解析解。在验证解析解正确性的基础上,探讨了按变形定义固结度Us和按孔隙水压力定义固结度Up之间的差异,总结了土的非线性特性和边界条件等因素对土体固结过程的影响规律。     

多运营模式下地铁的超静孔压分布特征与动力累积变形规律

以往地铁隧道沉陷研究主要局限于不排水条件下的洞周土体动强度和液化及累积塑性变形等方面,但对排水条件循环荷载下超静孔压和累积塑性变形研究不足。结合地铁的正常运营状况,针对南京地铁河西段粉砂土工程地质特点,开展排水条件下循环荷载三轴实验。在获得可靠的动参数和动变形基础上,运用GeoStudio有限元软件建立二维地基-隧道有限元模型,对地铁多运营模式下隧道地基土的排水条件循环荷载动力响应非线性分析,得到运行方式和运行速度等因素影响下隧道洞周位移和超静孔压的动力响应性状。结果表明:双向运行时隧道上方的竖向位移响应值小于单向运行时的竖向位移响应值。而洞周超静孔压与之相反;列车运行速度为35 km/h的超静孔压响应值大于60 km/h的响应值,竖向位移无明显差异。列车低速产生的振动频率相对较低,能量衰减越慢,所以产生较大的超静孔压,与实测在规律上相符合。     

桩周及下卧土层中超静孔压消散的数值模拟

通过分析单桩成桩后,桩周土体固结渗流的边界条件和初始条件,建立了饱和黏土中单桩桩周及下卧横观各向同性土体的空间轴对称固结问题的定解条件,应用数值理论建立相应定解问题的有限元程序,对桩周及下卧土层中压桩挤土造成的孔压消散的时空变化规律进行模拟研究.结果表明:下卧土层的渗透特性对桩周土体的孔压消散没有明显影响,研究结果对精确分析压桩挤土对桩基础承载力及周围环境影响的时空特点具有理论意义和现实意义.     

动载下砂土体孔压的累积和消散及其参数分析

基于OpenSees有限元软件平台,采用循环荷载下土体的多屈服面模型,对振动台上土体的孔压的累积和消散进行了数值模拟,并与VELACS动力离心机NO.1模型试验结果进行了对比,得到二者有较好的吻合性.进而对影响孔压的有关参数进行了敏感性分析,结果表明:土体孔压变化对饱和土体密度、流体密度、渗透系数、剪缩参数四个参数较为敏感,对剪胀参数及液化参数不敏感.饱和土壤密度、剪缩参数越大,孔压累积与消散速度越快,峰值孔压越大;流体密度越大,孔压累积与消散速度越慢,峰值孔压越小;渗透系数越大,孔压累积越慢、消散越快,峰值孔压越小.随着测点埋深增大,剪缩参数和渗透系数变化对节点峰值孔压的影响更加明显,而饱和土壤密度和流体密度则表现出相反的特点.     

不同固结度冻融软土动载下孔压模型试验研究

以冻结温度和融土初始固结度为影响因素,通过室内动三轴试验对地铁循环荷载作用下冻融软土的孔压发展规律进行研究.结合试验数据,建立了考虑冻结温度和融土初始固结度的影响因素的冻融土动孔压累积试验模型.研究表明,冻融作用改变土体内部颗粒联结形式和孔隙结构,导致在循环荷载作用下冻融土动孔压累积速率加快;冻结温度越低,冻融土孔压发展速率越快,且在振动后期的稳定孔压值越高;冻融土初始固结度对孔压发展有影响,初始固结度越高,孔压发展越缓慢,且稳定值越低;低温冻结和低初始固结度的耦合作用加剧了冻融土孔压的累积,使其结构进一步软化.     

不同固结度冻融软土动载下孔压模型

以冻结温度和融土初始固结度为影响因素,通过室内动三轴试验对地铁循环荷载作用下冻融软土的孔压发展规律进行研究.结合试验数据,建立了考虑冻结温度和融土初始固结度的影响因素的冻融土动孔压累积试验模型.研究表明,冻融作用改变土体内部颗粒联结形式和孔隙结构,导致在循环荷载作用下冻融土动孔压累积速率加快;冻结温度越低,冻融土孔压发展速率越快,且在振动后期的稳定孔压值越高;冻融土初始固结度对孔压发展有影响,初始固结度越高,孔压发展越缓慢,且稳定值越低;低温冻结和低初始固结度的耦合作用加剧了冻融土孔压的累积,使其结构进一步软化.     

外压与弯矩组合载荷作用下筛管压溃载荷计算

筛管在服役过程中受出砂、地层运动等导致的外压和弯曲等复杂载荷影响,易发生压溃失效问题.利用ABAQUS软件建立考虑初始椭圆度的平行布孔筛管的有限元模型,研究外压和弯矩组合载荷作用下筛管的压溃行为.基于不同径厚比、布孔参数、弯矩载荷下筛管压溃载荷计算数值模拟结果,建立弯曲和外压组合载荷下筛管压溃载荷简化公式.结果表明:在...     

考虑孔压消散时黏土的动变形研究

针对饱和黏土随时间的增加不断排水的情况,在不排水动剪切之后,实施了孔压消散阶段,并对不同消散程度土体的不排水剪切变形进行了研究.结果表明：完全固结后,饱和黏土刚度与动强度将会提高,再次保持原动应力水平不排水剪切时,土体轴向塑性变形基本不发生变化;当孔压消散与不排水动力剪切重复作用时,土体的变形主要来自于固结排水产生的轴向形变,且动剪切产生的动孔压与固结时的排水量随固结次数的增加而减小,并最终趋于稳定.随着固结度的增加,不排水剪切时的动变形不断减小.     

静压沉桩后黏土中超孔压时空分布规律研究

为了解层状黏土在沉桩后桩周及桩端的超孔压对沉桩挤土效应的影响,采用现场原位试验和数值模拟方法,分析了桩土界面处超孔压的时空分布特征和上覆竖向有效应力随时间的变化规律,并在水力压裂理论和孔穴扩张理论的基础上引入修正剑桥模型,推导了桩周土体固结过程中桩土界面处上覆竖向有效应力和超孔压的修正计算公式。结果表明:从时间上看,在桩顶的外荷载作用下,超孔压随时间消散的同时,上覆竖向有效应力逐渐增大；成桩后30.d超孔压基本消散完毕,上覆竖向有效应力不再增长,地基土处于休止期。从空间上看,超孔压随桩埋深的增大而增大,在渗透性差的黏土层增长较快；不同荷载条件下,距桩心的水平距离和桩端的竖向距离越小,超孔压越大；靠近桩端和桩心的超孔压最大值与桩顶荷载大小呈负相关关系。     

短峰波作用下饱和海床中的单桩响应分析

采用准静态三维数值分析方法直接模拟短峰波作用于海床表面与桩身的三维波压力分布,在考虑了海床土体的流固耦合和桩土界面的接触特征的基础上,研究了短峰波荷载作用下饱和砂质海床中的单桩响应问题.根据数值分析结果,研究了波浪荷载作用下土体的孔压变化规律、桩柱的位移和弯矩分布情况,探讨了桩土接触面不同处理方式的影响,并与自由海床和完全埋置单桩的模型结果进行比较.结果表明:泥线附近与桩端处土体的响应局部现象明显;采用桩土耦合模型时,孔压与弯矩响应相比于接触面模型有放大效应,而位移响应则正好相反.完全埋置桩在波浪作用下的响应主要受海床影响,在桩柱伸出海面的模型中,波浪荷载在桩柱上的影响起主导作用.     

多通道负压排水动力夯实技术试验

应用多通道组合低位负压动力夯实法对南通滨海园区通州湾科教城场地进行加固地基研究,分析水位、表面沉降、土体深层水平位移、孔隙水压力、真空度的变化过程和特性,对处理后地基土的物理性质、强度和承载力进行了检测和评价。结果表明,持续降雨下场地内水位可快速降至3 m以下,非密封条件下抽真空在7 m深度内形成负压,强夯引起的超静孔压可在2~3 d内快速消散;夯实以沉降压缩为主,侧向位移小,土体物理力学性质明显改善,有效影响深度达到6.5 m,地基承载力特征值达到80 k Pa;多通道负压排水动力夯实技术能够增强降排水和超静孔压连续快速消散能力,对地下水丰富、降雨充沛区域的适应性强。     

饱和黏土中球(柱)孔瞬时扩张及超孔隙水压力研究

因孔内压力瞬间加载到指定状态,球(柱)孔塑性区土体受力特征符合不固结不排水状态.基于此得出了针对饱和黏性土体中球(柱)孔扩张问题的屈服准则,此准则与Tresca准则形式相同.通过该屈服准则得出了饱和土体中球(柱)孔扩张问题的总应力场.然后通过弹性区、塑性区和弹塑性界面的特征求解出弹性区和塑性区超孔隙水压力;再根据有效应力原理,得出球(柱)孔扩张问题的有效应力场.最后利用推导出的理论成果,对沉桩引起的超孔隙水压力的实测值与计算值进行了比较分析.     

饱和软黏土中沉桩以及随后固结过程的数值模拟

考虑土体的K0沉积过程,利用Flac2D软件对沉桩以及随后的固结过程进行了模拟.模拟过程前,首先对沉桩前不同应力历史土体中的原位有效应力和剪切模量的取值方法进行了分析.通过数值模拟,得到了不同应力历史土体中沉桩后孔隙水压力分布、有效应力场,以及孔压完全消散时的桩侧有效应力场.分析了不同应力历史、不同初始含水量、不同剪切模量对固结完成后桩侧土体不排水抗剪强度提高幅度的影响,探讨了土体结构性对沉桩后桩侧土体的孔隙水压力以及固结完成时桩侧土体径向有效应力、不排水抗剪强度的影响.传统圆孔扩张理论将沉桩过程看作是一个平面应变问题,忽略了问题的三维本质,本文根据应力路径的相似性给出了考虑空间性的办法.     

封闭环境中群桩桩间土超孔压消散数值模拟

通过分析封闭环境中群桩基础成桩后,桩间土体及下卧土层中超静孔隙水压力消散的边界条件和初始条件,建立了场地边界径向渗流受到阻隔时,饱和黏土中群桩桩间横观各向同性土体固结的定解条件,应用数值理论建立了相应定解问题的有限元程序,对桩间及下卧土层中压桩挤土造成的孔压消散时空变化规律进行了模拟研究.结果表明:下卧土层的渗透特性对桩间土体的孔压消散有明显影响,特别当下卧土层水平向渗透系数很小时,桩间土超孔压消散将延续非常长的时间.