考虑配合比的砂泥岩混合填料剪切蠕变力学特性

砂泥岩混合填料的配合比是影响码头地基承载性能及稳定性的关键因素。为研究不同配合比下砂泥岩混合填料土的蠕变力学特性,开展剪切蠕变试验。结果表明,在同一配合比下,随着剪应力加载等级的提高,瞬时、蠕变应变量及初始、稳态蠕变速率均呈逐渐递增趋势;当处于同样加载等级时,初始、稳态、极限加速蠕变速率及瞬时、蠕变应变量均随配合比中泥岩颗粒占比增大而呈递增趋势;混合填料长期强度折减较大,折减范围为50.53%～66.95%,长期强度随配合比中泥岩颗粒占比增大而递减。研究成果可为码头砂泥岩混合填料地基长期稳定性评价提供一定参考。     

不同干密度条件下的地基土非线性蠕变特性及力学模型研究*

密实度影响港口地基工程的长期稳定性。为研究不同干密度条件下的地基土非线性蠕变特性，开展地基土固结排水三轴压缩蠕变试验。结果表明：1）随着干密度的减小，抽气饱和后土体含水率越高，轴向应变越大，蠕变行为更为显著。2）土体长期强度随着干密度的增大而递增，干密度增加抑制蠕变发展。3）地基土等时偏应力-应变曲线在低应力水平下表现出线性特征，较高应力水平下表现出非线性特征。基于试验成果，通过研究黏弹性模量与干密度以及荷载时间之间的关系，定义考虑不同干密度的黏弹性模量，基于分数阶微积分理论构建分数阶黏塑性体，从而得到新的不同干密度下的土体非线性蠕变力学模型。给出参数求解方法，验证所建模型可行性和合理性。分析瞬时弹性模量与干密度的经验关系，给出了类似粉质黏土地基土的模型参数建议取值区间。研究成果为粉质黏土地基土蠕变特性研究及港口地基工程长期稳定性分析提供一定参考。     

天津滨海软黏土蠕变特性及其经验模型研究

在室内三轴蠕变试验的基础上,分析了天津滨海地区重塑饱和软黏土的非线性蠕变特性。蠕变试验采用分级加载的方式进行,利用"陈氏法"对实测数据进行处理,得到饱和软黏土在不同应力状态下的蠕变试验曲线。在此基础上,依据黏土的应力-应变、应变-时间关系,分别用Singh-Mitchell和Mesri经验模型拟合试验数据。总结拟合结果,结合滨海软黏土的蠕变特性,提出一种分段拟合的Mesri模型,在蠕变前期,模型的应力-应变关系采用双曲线函数,应变-时间关系采用幂函数;在蠕变后期,模型的应力-应变关系采用双曲线函数,应变-时间关系采用双曲线函数,以两条拟合曲线的交点作为分段拟合的分界点。对比分析表明,该方法能更好地描述具有衰减稳定特性的蠕变曲线。选取天津滨海地区原状土蠕变试验数据对该模型进行验证,拟合结果较好,由此建立了适用于具有衰减稳定蠕变特性的滨海软黏土非线性蠕变模型。     

上海港外高桥港区地基处理后堆场沉降

考虑因软黏土的流变而产生的次固结沉降问题,结合Singh-Mitchell蠕变模型和双曲线型应力-应变模型得到上海淤泥质黏土的Mesri蠕变模型型式.该模型能较好地模拟上海地区软土在任意剪应力水平下的流变特性.基于现场的工后沉降测试和分层沉降数据,可知用该模型所得的计算值和实测值基本吻合.并进一步运用观测资料的回归分析法对现场工后沉降实测结果进行了拟合,得出了场地工后沉降的经验公式,该经验公式可用于类似地质条件下工程的沉降预测;得到了一些有益的结论,对类似工程有一定的借鉴意义.     

循环荷载作用下淤泥质黏土软化试验研究

针对连云港地区淤泥质黏土颗粒细、渗透系数小的特点,研究了循环荷载作用下土体的软化规律,提出该类土体软化指标.通过三轴循环荷载试验,得到累积轴向应变值和轴向应变值随着循环应力幅值比和固结压力的增大而增大;土样中平均孔压比随着循环应力幅值比的增大而增大;循环荷载的周期越大累积轴向应变和平均孔压值越大;在循环荷载作用初期,变形模量的弱化随着循环应力幅值比和循环周数的增大而更加显著.对试验数据进行分析,得出在风暴潮的波浪循环荷载作用下,连云港地区淤泥质黏土的模量和强度折减系数在0.75~0.80之间.     

循环荷载下滨海软粘土累积塑性应变试验研究

近海工程在波浪等循环荷载的作用下,地基中的软粘土会产生较大的沉降和变形,影响上部结构的稳定性。本文以烟台港的淤泥质粘土为研究对象,进行动三轴试验,以围压、静偏应力、动应力、荷载循环次数等为变量,探讨了不同工况下淤泥质粘土的累积塑性应变发展规律。试验结果表明,累积塑性应变随着荷载循环次数的增加,先迅速增大,而后增速减缓,最终应变值趋于稳定;累积塑性应变受不同围压值的影响不明显,但是静偏应力比、动应力比越大,其初始增速越快,最终达到的稳定值越大。通过试验结果分析,综合考虑围压、静偏应力、动应力、荷载循环次数等影响因素,提出能够合理描述累积塑性应变发展规律的双曲模型,并应用于烟台港实际工况,计算结果符合工程实际。     

循环荷载作用下饱和软粘土累积变形研究

在天津滨海饱和重塑软粘土不排水循环三轴试验的基础上,分析了不同静、动应力组合影响下软粘土的累积变形规律。基于静蠕变理论,提出一种长期循环荷载作用下饱和软粘土轴向循环累积塑性应变经验模型,其中,用双曲线函数来表示软粘土轴向累积应变与循环次数的关系,用指数函数来表示累积应变与相对偏应力水平的关系。以有限元软件ABAQUS为平台进行二次开发,通过用户子程序CREEP将该模型嵌入有限元数值模型中,并利用室内三轴不排水循环蠕变的试验结果对本文经验模型的数值计算结果进行验证。最后,将该数值计算模型应用到防波堤工程实例中,分析了软土地基的循环累积变形的变化规律。研究成果可为软粘土地基上港口与海岸水工建筑物的设计提供参考。     

钛合金耐压结构蠕变数值计算方法与试验验证

通过对比分析多种典型蠕变本构模型,考虑应力水平、本构模型、蠕变时间等三个因素的影响,确定了TC4ELI材料钛合金常温压缩蠕变本构方程及其系数,初步建立了钛合金耐压结构蠕变数值计算方法。对钛合金环肋圆柱壳模型开展蠕变数值计算,给出蠕变前后模型的应力、应变和位移的变化情况。结果表明:修正的时间强化模型可以表征钛合金耐压结构初始蠕变阶段和稳态阶段的蠕变特性,能够适用于深海钛合金耐压结构的蠕变计算;产生蠕变变形后钛合金耐压结构应力重新分配,高应力区范围有所扩大,蠕变后弹性应变和总应变均减小;相比于纵向,蠕变对环肋圆柱壳结构的径向变形影响更大。     

偏压固结软黏土循环特性试验研究

关于软黏土循环强度弱化的研究已经有了很多成果。然而在工程上为了削弱循环荷载对土体的影响,一般会采取打塑料排水板、堆载预压等软基处理手段来提高土体强度,从而减弱循环荷载对土体的弱化作用。以烟台港原状淤泥质粉质黏土为研究对象,通过室内动三轴试验,探究土体在静偏应力固结后累积孔压的发展规律和循环强度的弱化规律。根据孔压数据拟合出软黏土的孔压模型,再利用等效超固结比理论将孔压模型与强度弱化规律相结合,得到了适用于偏压固结之后整个动态循环过程的强度变化公式。     

k_0固结饱和黏土的动剪切模量与阻尼比试验研究

开展一系列k_0固结饱和黏土的动三轴试验,研究了围压、初始静偏应力、加载历史3种因素对动剪模量-动应变(G-γ)和阻尼比-动应变(λ-γ)关系曲线的影响,并利用Hardin Drnevich公式对试验获得的G-γ关系进行了分析。结果表明,k_0固结黏土的G/Gmax-γ曲线与围压无关;G-γ曲线随初始静偏应力水平的增加逐渐下移,λ-γ曲线随初始静偏应力水平的增加逐渐上移;以累积应变作为加载历史的度量,初始动剪模量G′随不同累积应变的增大逐渐减小,并呈现良好的线性规律;不同累积应变条件下的G-γ关系可用初始动剪模量G′作为归一化参数,并具有良好的归一化特性;累积应变对λ-γ关系影响不大。研究成果可为场地的动力特性评价提供必要参考。     

天津港典型软粘土蠕变试验研究

为了掌握天津港软粘土的蠕变特性,为码头设计和岸坡变形整治工作提供技术参考,对天津港典型的淤泥质粘土和粉质粘土进行蠕变试验研究,通过现场采样及室内试验,得出了基于Singh-Mitchell模型的淤泥质粘土和粉质粘土蠕变参数,由此确定的蠕变模型计算结果与试验测量值吻合较好,可以应用于实际工程中。     

Nonlinear analysis of short concrete-filled double skin tube columns subjected to axial compressive forces

Proper material constitutive models for concrete-filled double skin tube (CFDST) columns with circular cross-section and subjected to axial compressive forces are proposed and verified against experiment data using the nonlinear finite element program Abaqus. It is shown that CFDST columns can provide a good confining effect for concrete core, especially when the diameter-to-thickness ratios of both the outer and the inner tubes are small. In addition, empirical equations are proposed to predict the lateral confining pressure of the concrete core for CFDST columns. Finally, the axial strengths of the CFDST columns calculated by the proposed formulations are compared with AISC formulations against the experimental data. It has been shown that the proposed formulations are better than the AISC formulations.     

高强度钛合金深潜器载人舱在三种不同类型载荷下的裂纹扩展预报

随着安全性要求的提高,深潜器耐压舱的疲劳寿命评估变得越来越重要。对于耐压舱,在其服役期间经历的载荷历程包括扰动疲劳载荷和相对稳定的蠕变载荷,目前尚未有公认合适的模型来描述这一载荷谱历程。传统疲劳寿命预报方法通常忽略蠕变效应导致疲劳寿命预测较大的不确定性。为了更清楚地理解这一机理,该文对深潜器耐压舱用β-退火钛合金TC4 ELI的裂纹扩展率进行了理论分析,分别引入了三种类型载荷作用下的裂纹扩展率模型。并开展了在包含过载和保载载荷的一系列循环三角载荷下的疲劳裂纹扩展试验,对理论模型进行了验证,为合理评估深海载人潜水器的疲劳寿命提供了基础。     

深圳湾海积软土的蠕变特性与本构模型研究

论证海积软土的蠕变特性,针对深圳湾软土在固结仪上进行一维侧限压缩蠕变试验,并建立了可描述软土蠕变特性的本构模型。结果表明,深圳软土的蠕变变形主要是瞬时变形和衰减蠕变变形,应力越大蠕变效应越明显。且蠕变表现为非线性特性,应力水平越高,非线性特征越显著,剪切蠕变特征复杂。Burgers模型可以较好地描述深圳软土的蠕变特性,特别是衰减蠕变阶段与稳定蠕变阶段拟合效果良好。研究还表明,稳定蠕变变形受应力水平影响显著,表现为固结应力越大,稳定蠕变变形量越大,达到稳定标准的时间也越长。这也说明实际工程中,当土体承受较大荷载时,必须考虑因蠕变变形对建筑物的危害作用。     

不规则波作用下桩基-重力式复合结构码头面板的动力特性研究

利用大型有限元计算软件ANSYS的参数化语言APDL进行二次开发,对波浪上托压强作用下桩基-重力式复合结构码头面板的动力特性进行研究,结果表明:1)波浪缓变压强作用下码头面板内力的动静力计算结果基本相等,缓变压强的动力放大作用很不明显;2)波浪冲击压强作用下码头面板内力的动力计算结果随着冲击压强频率的增大而迅速减小,当冲击压强频率大于80 Hz后,动力计算结果约为静力计算结果的0.2倍。     

基于旧码头改造的钢管板桩结构静力分析

结合国内某港区散杂货泊位改造工程,对基于高桩码头改造所产生的新建钢管板桩结构进行数值分析。首先,建立数值模型,将传统板桩码头前墙结构受土压力作用的数值计算结果与理论计算结果进行比较,验证数值方法的准确性;其次,基于此数值方法建立研究土体边界选取的三维数值模型,分析土体的边界范围对码头结构应力的影响;最后,对钢管板桩结构进行运营荷载作用下的三维数值模拟,对结构的应力及位移进行分析。通过数值模拟及理论分析发现:在钢管板桩结构数值模型中,当土体边界达到60～80 m时,可以忽略土体的边界效应;在码头面设计荷载作用下,新建结构所受土压力和产生的位移小于传统的板桩码头结构。     

天津港岸坡土体蠕变对高桩码头的影响

岸坡土体的变形将导致高桩码头桩顶变位，影响桩帽与横梁之间的搭接，使得码头结构处于危险之中，蠕变则是形成土体变形的原因之一。以天津港高桩码头为例，分析了高桩码头的桩顶变位特征，对岸坡土体进行了蠕变特性试验，利用试验结果参数进行了结构与土相互作用的蠕变变形计算。结果表明，蠕变是影响桩基侧向变形的一个重要因素，岸坡土体蠕变主要分布在坡顶下方淤泥质粘土和坡面的淤泥层，蠕变随时间增长而增长，但增长速率降低。相关结论可为天津港和类似高桩码头的检测评估及加固提供指导。     

珠江口区淤泥土微观结构性研究

有针对性地对珠江口区代表性地段淤泥典型试样进行了基础试验,并以此为据结合先前工程实践对区内淤泥土的微观结构及其力学影响进行了分析和探讨。掌握珠江口区淤泥土的特殊工程性质,在工程建设中具有非常重要的意义。     

砂土中静压桩贯入过程中的桩周应力分析

利用模型试验研究砂土中静压桩在贯入过程中的承载机理。分析模型桩贯入4种不同深度时的桩周应力变化规律,对桩顶轴力、桩顶位移、桩身环向应变和桩身纵向应变进行全程测量。利用一种半数值半解析的方法,通过测量模型桩壁的环向应变与径向应变,推导出桩周的围压和摩阻力。结果表明:在贯入初期,桩体上部会出现负摩阻,随着贯入深度的增加,上部负摩阻的范围和数值都在减小直至消失;在沉桩阻力中摩阻力所占比例较小,但其比例随着贯入深度的增加不断增大。整个贯入过程中桩周围压随贯入深度的增加在不断增大。在同一土体深度处的围压也随桩体贯入而增大。随贯入深度的增加,摩阻力和围压的变化趋势呈现了较好的一致性,摩阻力与围压的比值在0.41~0.53波动。     

满足桩轴向刚度条件的高桩码头桩基计算模型

通过在桩身一定的位置施加一个轴向弹簧,建立高桩码头的桩基计算模型。根据《高桩码头设计与施工规范》 中关于桩轴向刚性系数的计算公式,给出了不同情况下轴向弹簧刚度系数大小以及施加位置的计算方法。该方法能满足嵌 固点法和m法计算模式下桩基计算模型的轴向刚度相同且与规范规定一致。结合该方法,分别采用嵌固点法和m法建立某高 桩码头工程实例的空间有限元模型。计算结果对比表明：桩身轴力、桩顶弯矩、上部结构各构件的内力均十分接近,验证 了该方法的合理可行性,可为高桩码头结构计算提供参考。