节理岩石地基极限承载力的有限元分析

应用有限元法对节理岩石地基进行了数值模拟,其中夹层模型与接触模型的计算结果都比较稳定,计算精度都比较高,但接触模型在建模过程中比较繁琐,故通过采用夹层模型对存在单个节理的岩石地基进行数值分析,其结果表明:有单个节理的地基的极限承载力并不随着该节理倾角的变化而单调递增或递减;随着倾角的逐渐增加,极限承载力先是逐渐减少到一个最小值,而后逐渐增加。节理强度对岩石地基的极限承载力影响很大,但当节理倾角比较小或比较大时,节理的强度对计算结果的影响并不显著。另外,节理的位置也有较大的影响,当节理深度距基础很近时,极限承载力大幅降低。在实际工程中,对于节理岩石地基的极限承载力要慎重分析。     

基于广义Hoek-Brown非线性破坏准则的节理岩体地基承载力研究

 针对节理岩体非线性破坏特征,发展基于Hoek-Brown破坏准则的临界滑动场理论进行节理岩体地基承载力的计算。首先将Hoek-Brown准则的剪切强度逐点等效到Mohr-Coulomb强度线上,求得每点的瞬时内摩擦角和瞬时黏聚力;在此基础上,改进基于Mohr-Coulomb准则的临界滑动场理论,建立新的迭代算法,将Hoek-Brown强度准则与临界滑动场理论结合起来,求解被动土压力和地基承载力。同时,综合分析GSI和mi值对地基承载力的影响。算例对比分析结果表明,该方法能迅速准确地确定节理岩体地基最危险破坏滑面并得到相应的地基极限承载力值。     

非均质和各向异性黏土地基承载力的上限解

非均质和各向异性是黏土地基比较普遍的现象,而目前地基承载力计算中比较成熟的理论主要是针对均质、各向同性土体.在目前已有的多块体上限法计算粗糙条形基础地基承载力的方法中考虑黏土地基的非均质和各向异性,实现考虑非均质和各向异性时黏土地基承载力的上限解法.所采用的多块体破坏模式在计算粗糙条形基础下均质土体的地基承载力时是最优的.为验证该方法的应用情况,将其计算结果与已有的上限方法、特征线方法进行对比发现,该方法是目前上限方法中最优的.利用该方法详细探讨非均质、各向异性对黏土地基承载力计算的影响.上限方法一个十分突出的优点就是可以反映地基破坏面的信息,通过对非均质及各向异性条件下地基破坏面的分析揭示非均质以及各向异性影响地基承载力的内在原因.由计算结果可知,地基土的非均质和各向异性在影响地基承载力的同时也影响着地基破坏面的位置和形状.     

相邻浅埋条基荷载对地基承载力的影响

建筑地基基础规范中提出,对于有一定宽度和埋深的条基应考虑地基承载力的深、宽修正。地基承载力深度修正的原理,即由于基础埋深底面以上的覆土荷载对地基达到极限承载力发生失稳滑动面的形成有抑制作用,从而可提高地基的极限承载力。从该理论出发,对于有一定宽度和相邻间距较小的多个条基,相邻条基上作用的荷载也会对条基失稳滑动面的形成产生抑制作用,进而提高地基承载力。通过建立数值计算模型,研究相邻条基之间相互作用对地基承载力的影响。根据地基失稳确定地基承载力的原理,当相邻条基净距较小时,相邻条基上荷载对条基地基承载力有提高作用。     

岩体质量分级风险分析方法及岩体力学参数研究

结合拟建的特大型桥梁工程--镇扬长江公路大桥岩石地基,在确定基岩岩体质量、岩体力学参数、基博士学位论文岩岩石地基承载力及嵌岩桩竖向承载力和沉降方面,进行了系统研究和探讨,取得的研究成果有以下几方面(1)探讨了多元数据最优分割方法在岩组划分中的应用.根据现场测得的3个定量指标(岩体超声波波速、岩石点荷载强度及岩石质量指标(RQD)),运用多元数据最优分割方法对镇扬长江公路大桥地基岩体进行了详细的岩组划分.(2)改进已有用于岩石力学指标分析的随机-模糊方法.认为随机-模糊处理方法更符合实际,并优于其他方法.(3)针对岩体结构面间距最常见的两种分布形式--负指数分布和对数正态分布,提出了岩石质量指标(RQD)的Monte-Carlo模拟方法及其风险分析方法.对于自然界大部分岩体,可根据结构面间距统计参数,直接在本文得出的一系列岩石质量图上定出RQD平均值、岩石质量百分比(RQp)及岩石质量风险(ROR).(4)提出和建立了节理网络图上计算该网络分形维数和RQD值的方法以及进一步作出用RQD和分维值表示的岩体质量描述图,首次提出了岩体结构面分布分维计算的风险分析方法.(5)应用RMR岩体质量分级系统及国标<工程岩体质量分级>方法对镇扬大桥中桥位主要工程部位各岩体质量进行了评价;首次提出和建立了基于上述两种方法的岩体质量研究的风险分析方法.(6)论文提出了综合确定岩石地基承载力的方法和步骤①运用基于Hoek和Brown岩石经验破坏准则的两种方法预估岩石地基极限承载力;②用数值计算方法校核地基应力状态及地基变形;③运用国内主要规范方法确定岩石地基容许承载力,然后用数值分析方法计算该岩石地基在容许承载力作用下的变形.文中给出了桥址区基岩岩石地基承载力的计算实例.(7)针对镇扬大桥节理化岩体,根据优势面理论,分析确定了影响和控制岩体地基承载力的优势面组合,提出了优势面与"遍有节理单元”数值分析确定岩体地基承载力的联合算法.对于存在大量贯通性结构面的岩体,该方法更符合实际情况.(8)针对大桥南塔区域范围内基岩空间变异性大的特点,运用空间轴对称数值分析模型,对塔基大直径嵌岩钻孔灌注桩单桩沉降及塔基范围内可能的差异沉降进行了分析计算.提出了一些有益的建议和工程对策.     

碎石墩复合地基的承载机理及破坏过程

基于实际工程,利用工程中地质勘察所得土体参数,运用大型岩土工程专用软件FLAC3D,模拟了碎石墩复合地基的破坏过程。在模拟过程中考虑了实际变形条件,通过提取墩体、墩间土的单元应力及变形获得相应的p-s曲线,研究了墩体和墩间土极限承载力与垫层厚度、置换率、墩体长度和墩体直径等的关系曲线。从其变化趋势得出墩间土的极限承载力并非等于天然地基土的极限承载力,同时并非墩体极限承载力越大复合地基极限承载力越大,因为复合地基的破坏并不都是由墩体破坏引起的。从墩体、墩间土在承载过程中相互协调的角度对复合地基的承载机理和破坏过程进行了剖析。     

平板载荷试验方法在复合地基测试中的研究

平板载荷试验是确定地基承载力、弹性模量的有效原位测试方法,它通过加载过程的p-s曲线形状特征确定地基承载力特征值并计算出地基弹性模量.对于强夯置换法复合地基可通过平板载荷试验测得其墩体承载力特征值与墩间土承载力特征值,根据墩、土各自分担的地基面积及应力比计算确定地基的承载力与变形参数.     

成组节理岩体的有限元塑性极限分析研究

运用有限元塑性极限分析方法研究节理岩质边坡的稳定性。含成组节理岩体的力学行为受控于节理面的方位和强度参数,从宏观上将节理岩体视为均质各向异性体,在有限元塑性极限分析中引入节理岩体各向异性的屈服条件,建立了节理岩质边坡有限元塑性极限分析的上、下限法数学模型。     

单元集成法在地基承载力分析中的应用

基于塑性力学上限定理的地基承载力分析,在数值上可以通过单元集成法来实现。它采用类似于有限元网格划分的方式离散地基,并设定一个机动许可的滑动机构,在此滑动模式下,可以求得每个单元贡献的外力功率和内能耗散率。把所有单元的能量变化率相加,就是地基滑裂体的总能量变化率。然后,根据上限定理可以求得与滑动机构相对应的极限外载荷,并通过非线性数学规划法找到其最小值。采用对数螺旋滑裂面的单滑块机制,对几个典型的地基极限承载力问题进行了分析,其结果说明了该方法的有效性。     

麦秸秆桩地基加固室内模型试验研究

麦秸秆石灰桩相对于地基土具有较高的刚度以及抗剪强度,当桩穿过地基固有的滑动圆弧时就能够阻止地基破坏弧面正常出现,阻断破坏面的形成,改变地基的破坏形式,推迟地基破坏,从而提高地基的承载力。成桩过程中由于桩锤的冲击会使桩孔膨胀,对周围的土体产生膨胀挤密作用,使周围土体更加密实,这有效的提高了软粘土地基的承载力,桩排数的增加又会使桩的整体性提高,进一步提高了地基的承载力     

某体育馆方钢管桁架节点的试验研究

为研究大尺寸方钢管节点的受力性能,对10个平面十字形桁架节点进行了试验研究。结果表明:所有节点均表现为承压管上下两面下陷,两侧面鼓出破坏,其中承压管下加钢垫板后承载力有显著提高。各试件均满足设计承载力和变形要求。     

地铁区间盾构隧道衬砌接头的荷载试验

以盾构隧道衬砌接头荷载试验为依据,研究接头强度、受力及变形规律,对衬砌接头抗弯刚度主要影响因素进行分析。研究表明,正偏心荷载作用下接头强度取决于接头局部抗压及抗剪强度,负偏心荷载作用下接头具有足够的承载能力,接头承载力由接缝位移张开量控制;偏心距、轴力、衬垫厚度以及螺栓预紧力对接头抗弯刚度影响较大。     

节段预制拼装桥梁接缝的承载力及分析方法

对目前节段式桥梁接缝的弯曲承载力、弯剪耦合承载力和直剪承载力分析方法进行梳理及分析。提出接缝M-V承载力曲线的概念,并建立接缝承载力分析的统一方法。以某分三段胶结的大悬臂盖梁为例,说明统一方法的分析过程,分析结果表明:统一方法综合考虑接缝的抗弯承载力、弯剪耦合承载力和直剪承载力,对节段式梁接缝的承载力设计计算有较好的适用性和明确的物理意义;混凝土强度等级、接缝处理方式、受拉区预应力钢筋弯起角度等参数均对接缝的承载能力曲线有较大的影响;接缝抵抗直剪破坏的能力较强,一般情况下均在弯剪耦合承载力之上。     

现浇与预制装配式混凝土框架节点抗震性能试验

为研究预制装配式混凝土框架结构连接节点的抗震性能,探讨其与现浇混凝土框架结构节点之间的性能差异,设计并制作了2组预制装配式混凝土框架节点试件和1组现浇混凝土框架节点试件,通过试验研究试件的滞回特性、承载能力、位移延性、强度退化和耗能能力等抗震性能及其破坏特征。结果表明:通过合理的设计,预制装配式混凝土框架节点的滞回耗能性能与现浇混凝土框架节点相当,其承载力和初始刚度基本等同于现浇混凝土结构节点,但其承载力退化速度快于现浇混凝土框架节点,屈服后预制构件累积损伤程度较现浇构件严重;预制装配式混凝土框架节点在轴压比较大时,节点破坏较为严重,耗能更多。     

复式钢管混凝土装配式连接节点抗震性能试验研究

为研究复式钢管混凝土装配式连接节点的抗震性能,设计了5个复式钢管混凝土单边螺栓节点试件及1个穿心螺栓对比节点试件,进行了柱端固定轴压下水平往复加载试验,分析了T型件加肋、T型件翼缘厚度、梁柱线刚度比等对节点破坏形态、荷载-位移曲线、承载力、延性、耗能、刚度退化等抗震性能的影响。结果表明:复式钢管混凝土单边螺栓T型件连接节点滞回曲线饱满,变形耗能能力较强; 相比T型件未加肋试件,加单肋的节点极限承载力提高39%,加双肋节点极限承载力提高44%; T型件翼缘厚度20 mm的节点比14 mm的极限承载力提高13%,且极限位移也相应提高; 当梁柱线刚度比增大时,节点试件极限承载力和耗能能力均明显提高; 单边螺栓可发挥复式钢管混凝土柱内层钢管单边锁紧优势,内钢管应变值较大但节点域无明显变形,节点传力可靠且结构整体性较好; 对比穿心螺栓节点,单边螺栓节点初始刚度略小,极限承载力略有提高,二者等效黏滞阻尼系数基本相当,而节点变形能力及延性显著提高,说明单边螺栓装配式连接能较好地保证节点的稳定性和抗震性。     

空间异型节点极限承载力有限元分析

运用有限元分析软件 ANSYS,考虑材料非线性和几何非线性,对某工程一空间异型相贯节点进行了非线性分析,考察了该节点的应力分布、变形特征和塑性区扩展情况,得出了该节点的极限承载力,并将分析结果与足尺试验结果进行了比较,结果表明所建立的有限元模型较为准确地描述了节点的实际受力性能。最后对该节点的优化设计提出了一些有参考价值的建议。     

模块化装配式钢结构梁柱节点极限承载力分析与抗震性能研究

利用ABAQUS大型有限元结构分析软件对模块化装配式高层钢结构中3种常见的焊接、栓接、栓焊混合连接节点进行非线性分析,得到3种节点的破坏机理、极限承载力以及单调循环荷载下的耗能能力。结果表明:焊接节点极限承载力最高,但塑性变形主要集中在节点域,没有实现"强节点弱构件";栓接节点在单调循环荷载作用下接触面容易滑移;栓焊混合节点中两片梁段的刚度不同会导致整个桁架梁段的平面外失稳,进而影响节点的极限承载力,并对3种典型装配式钢结构节点的设计提出一些建议。     

反对称Pratt桁架中斜腹杆受压大偏心N形圆钢管节点静力性能试验研究

对反对称Pratt桁架中的斜腹杆受压大偏心N形圆钢管节点的静力性能进行了单调加载试验研究。实施了4个负向大偏心、4个正向大偏心和1个无偏心斜腹杆受压N形圆钢管节点静力试验。介绍了节点试验方案,考察了斜腹杆受压大偏心圆钢管节点破坏现象,给出了加载点荷载-端位移曲线、腹杆轴力-管壁变形曲线以及折算应变分布曲线,并分析了偏心率对节点承载力、刚度和延性的影响。研究结果表明：该节点可以作为理想铰接节点考虑;随着节点偏心率从 -1.30增大到0,节点承载力逐渐提高,当偏心率为0时达到最大;节点转变成正偏心,偏心率增大到0.50时,随着偏心率增大,试件承载力逐渐减小;之后随着偏心率继续增大,承载力又有略微增大;虽然两种规范（GB 50017-2003《钢结构设计规范》、欧洲Eurocode 3）计算均值与试验值比较接近,且GB 50017-2003计算均值更接近试验值,但两种规范计算承载力的变化趋势均与试验结果不符。     

后包钢管混凝土框架节点抗震性能试验研究

结合工程实践,进行了三个不同形式的后包钢管混凝土框架节点和一个普通钢管混凝土框架节点的低周反复加载试验。研究后包钢管混凝土框架节点承载能力和抗震性能,以及不同钢管厚度、不同加劲肋形式对节点承载能力和抗震性能的影响。试验结果表明,后包钢管混凝土框架节点的抗震性能不低于普通的钢管混凝土框架节点。研究为加固钢筋混凝土柱提出了一种新方法。     

双面叠合剪力墙平面外受力性能

为研究带水平接缝的装配整体式双面叠合剪力墙的平面外受力性能,完成了1片双面叠合剪力墙和1片现浇剪力墙足尺试件的平面外静力加载试验和有限元参数分析,对比分析了各试件的破坏形态、荷载-位移曲线、刚度退化特征和水平接缝处竖向连接钢筋的传力性能,提出了双面叠合剪力墙平面外受弯承载力和水平接缝截面受剪承载力的计算方法。结果表明:双面叠合剪力墙与现浇剪力墙试件的破坏形态基本相同,均为平面外弯曲破坏,与现浇剪力墙相比,双面叠合剪力墙试件的初始裂缝出现在底部水平接缝处,随后在墙面出现并逐级向上发展,表现出良好的延性破坏特征; 双面叠合剪力墙试件具有较高的平面外受弯承载力和变形能力,其初始刚度、极限承载力、平面外位移延性系数均大于现浇剪力墙试件; 双面叠合剪力墙试件的有限元计算结果与试验结果吻合良好; 随着轴压比增加,叠合剪力墙平面外承载力明显增加,但延性明显降低; 高厚比越小,叠合剪力墙平面外承载力越高,而对延性则影响不大; 提出的受弯承载力计算结果与试验结果吻合较好,可用于指导工程实践。