考虑端面荷载作用时井壁轴对称变形分析

 对有限长立井井壁在任意轴对称的法向、切向以及端面荷载的共同作用下的变形问题作了分析研究。应用双重级数展开法, 即将应力函数展为Fourier 级数和Fourier2Bessel 级数之和, 利用问题的边界条件, 两级数中的系数可互相表示, 这样, 通过求解联立代数方程组即可求得问题的解, 并给出了算例。     

非均匀应力场中井筒卸载过程井壁围岩孔隙弹性动力响应机制

传统井壁稳定理论没有考虑流体和固体的惯性作用,无法解释井筒受力变化下井壁失稳的本质。为了分析井筒卸载过程中井周应力场瞬态演化过程,揭示井壁围岩孔隙弹性动力响应机制,基于Biot饱和多孔介质弹性动力学理论,综合考虑孔隙流体、固体颗粒的压缩性及惯性、黏滞耦合作用,建立多孔弹性地层非均匀地应力场中表征井筒卸载过程井壁围岩动力响应的数学模型,通过对模型进行分解,采用Laplace变换和位移变换法,得到非轴对称井周应力解析解,分析井筒卸载过程井周应力场瞬时波动现象。研究表明:固体和流体的惯性作用导致井筒卸载早期井周孔隙压力与应力场产生波动,该现象传统理论无法揭示;井筒卸载过程中卸载速率越大,孔隙压力与应力的波动峰值越大;卸载后的井底压力越高,径向应力波动峰值越大,环向应力波动峰值越小。建立的模型为动载条件下井壁稳定力学分析提供了理论基础,并对认识钻井过程井下复杂事故具有重要工程意义。     

弹性饱和多孔介质在非轴对称荷载下的稳态动力响应

应用Fourier展开和Hankel变换 ,求出了弹性饱和多孔介质Biot方程在非轴对称情况下的级数解。首先把饱和多孔介质固体骨架位移和孔隙流体压力用级数展开 ,建立了级数系数函数满足的微分方程组 ;然后把未知函数按一定方式进行组合 ,使方程组进一步简化 ;再应用Hankel变换把关于两个变量的微分方程组转化为只有一个变量的微分方程组 ;最后解微分方程组 ,得到了有关函数的Hankel变换。接着 ,以Biot方程在非轴对称情况下的Hankel变换解为基础 ,给出了饱和多孔介质总应力分量和孔隙流体相对于介质骨架位移的Hankel变换表达式。作为特例 ,在文章的结尾部分还应用Biot方程的解得到了半空间弹性饱和多孔介质分别在表面非轴对称竖向简谐荷载和水平简谐荷载作用时的稳态动力响应。所有这些结果都对研究饱和多孔介质的动力响应特性和有关工程领域有一定意义。     

钢压弯构件面内等效弯矩系数取值的改进(上)——两端支承的构件

首先阐述两端简支的弹性压弯构件面内等效弯矩系数的理论侧面及公式的简化。考虑了3种不同的加载工况。对于兼承横向荷载和端弯矩的工况,提出应用叠加原理的方法,可以得到简单而精度较好的解。其次,用现有面内稳定极限承载力资料校验建议的计算公式,3种工况都得到满意的结果。最后论证,把简支构件βm系数计算公式中的欧拉临界力改为端部约束杆的临界力,即可推广到构件端部有约束的情况。     

非均匀受压矩形钢管混凝土局部弹性屈曲分析

应用不同的特征函数描述了矩形板在非均匀压力作用下的屈曲形态,解决了采用三角级数为屈曲函数模拟非均匀受压荷载作用下单侧表面约束矩形板件屈曲模态的不对称问题;通过伽辽金法建立屈曲控制方程组,分析了非均匀荷载作用对矩形钢管混凝土构件局部弹性屈曲性能的影响。结果表明:钢管屈曲系数随着不均匀荷载梯度α增加而增大,纯弯作用下（α=2）的板件弹性屈曲荷载特征值约为轴压作用下的6倍;钢板的宽厚比限值随不均匀加载梯度α的增大而增加;非均匀荷载作用下非加载边固支约束板件的屈曲系数明显大于简支约束的板件。     

矿山立井井筒与表土之间的剪切力分析

揭示矿山立井井筒与周围表土之间剪切力的分布规律，为正确的立井井筒力学模型建立奠定理论基础。分析弹性剪切力和塑性剪切力的形成及特征，剖析以往解析分析中存在的问题。在此基础之上，利用莫尔-库仑强度理论、点的应力状态理论和桩土相互作用理论中的剪切位移法对弹性剪切力和塑性剪切力进行极为细致的分析，并最终获得反映两种剪应力随表土深度变化规律的解析解。研究结果对正确的分析立井井筒的应力分布规律、井壁危险点处的应力变化规律及立井井壁变形、破裂预测理论的建立具有重要作用，对桩土之间剪切力的研究也具有一定参考价值。     

三角级数法模拟弹性地基梁内力

介绍了采用三角级数模拟地基反力的方法,并对比了采用弹性地基梁文克勒模型和三角级数法模拟弹性地基梁两种方法,得出了三角级数法能大大简化计算步骤,且计算结果偏安全的结论。     

基于统一强度理论的井简围岩应力分析

在考虑井筒周围岩石的渗流作用和孔隙水压力的基础上,对有效应力进行了修正;基于统一强度理论,充分考虑中间主应力,对井筒周围岩石进行了弹塑性分析,并给出了井筒周围岩石的应力分布表达式和保持井壁稳定的弹性极限荷载及塑性极限荷载的统一解析式.分析结果表明:通过改变统一解析式中的参数,可将其退化为其他强度理论条件下的解析式,所得的统一解适用于不同强度理论条件下各类岩石材料的弹塑性分析;有效应力修正后的极限分析为井壁稳定分析提供了理论依据,具有一定的理论及实际应用价值.     

工字形截面钢连续梁负弯矩区的稳定性

本文对上翼缘有混凝土楼板的工字形截面钢连续梁和框架梁在负弯矩区的稳定性进行了弹性屈曲分析。采用能量法得了两端简支纯弯组合梁下翼缘畸变失稳的弹性临界应力,在屈曲半波数为1时引入修正系数1,并在1中考虑不同支座约束的影响。分析了不等端弯矩对于临界荷载的影响,提出了考虑不等弯矩分布有利影响的临界应力增大系数βm的计算公式。通过有限元方法对提出的公式进行了对比,表明公式有良好的精度,大多数情况下偏于安全。     

中心型二项式系数倒数级数

利用白塔函数与积分关系将组合数化成积分形式,再用积分公式建立一个二项式系数倒数级数,对这个级数使用裂项方法得到母含有1到5个奇因子的二项式系数倒数级数..并给出二项式系数数倒数值级数恒等式.裂项的方法研究二项式系数倒数变换是组合分析的新手段,也是产生新级数的一个初等方法.     

地下衬砌的变几何应力分析

根据地下衬砌边砌筑边受载的特点,针对空间轴对称的衬砌结构和荷载的情形,给出了变几何应力的解析解。文中讨论了采用Ｆｏｕｒｉｅｒ级数和Ｆｏｕｒｉｅｒ－Ｂｅｓｓｅｌ级数展开的方法求解在任意轴对称荷载作用下有限长空心圆柱问题的过程和步骤。最后,将地下衬砌的变几何与不变几何的应力分析结果作了比较。     

Subsurface ground movements due to circular shaft construction

The rapid development of modern metropolises has led to a shortage of surface space and, in response, engineers have pursued alternatives below ground level. Shafts are commonly used to provide temporary access to the subsurface for tunnelling and, as permanent works, are utilised for lifts or ventilation purposes. The construction sequence of axisymmetric shafts makes them a dramatically simple solution. In addition, circular shafts are inherently stiffer than other plan geometries. Those are perhaps the reasons why circular shafts are preferred in situations of restricted space or unfavourable ground conditions. However, due to the lack of case histories reporting ground movements induced by shaft construction, no empirical prediction method for subsurface soil displacements exists. The work presented here seeks to provide clearer insights into surface and subsurface soil displacements induced by circular shaft construction by means of an analysis of measurements obtained from centrifuge tests and available field data. Novel empirical equations and procedures are then suggested for practical use.     

立井衬砌钢结构竖向可缩接头性能试验研究

为防止钻井工法施工的立井衬砌受地层失水沉降引起的竖向负摩擦力作用而发生破坏 ,在立井衬砌的局部设置一种带环形立板和径向肋板的竖向可缩接头。为了解该装置的基本性能 ,对其结构模型进行了单轴受力、三轴受力状态的模型试验和水平侧向压力条件下的模型试验研究 ;全面探索这种可缩性钻井井壁接头的竖向可缩能力、竖向临界承载力、接头结构内部的相互制约作用以及可缩接头参数与上下井壁设计强度之关系 ;证明了这种井壁接头具有释放井壁竖向应力 ,抗侧向压力的作用和良好的防水能力 ,能起到防止钻井井壁破坏的作用 ,也对该类井壁接头的设计计算和参数取值提出了建议     

Analysis of circular cylindrical shells under harmonic forces

A generalized thin shell theory for the stress-deformation analysis of thin-walled circular cylindrical shells is formulated based on the Hamilton's variational principle. The theory is applicable to multiple in-phase and out-of-phase harmonic forces and general boundary conditions. The stationary conditions of the Hamilton functional are then evoked to recover the equations of motion and boundary conditions of the problem. The unknown displacement fields are expanded as infinite complex Fourier series in the circumferential coordinate. The resulting field equations are observed to couple the radial, tangential and longitudinal displacement contributions within each mode, while uncoupling the contributions of a given Fourier mode from those of other Fourier modes. A general solution for the obtained field equations is developed for harmonic loading of general spatial distribution. The method developed is verified against well established solutions and its applicability to practical problems is illustrated through examples.     

Asymptotic solutions of axisymmetric laminated conical shells

The three-dimensional (3D) solution of laminated conical shells subjected to axisymmetric loads is presented using the method of perturbation. The formulation begins with the basic 3D elasticity equations without making any static or kinematic assumptions in advance. After introducing a set of proper dimensionless variables, asymptotically expanding the field variables and then successively integrating the resulting equations through the thickness direction, we obtain the recursive sets of governing equations for various orders. The edge boundary conditions at each order level are derived as the resultant forms by following the variational approach. The method of differential quadrature (DQ) is used to determine the present asymptotic solution for various orders. For illustration purposes, the simply supported laminated conical shells under uniformly and sinusoidally distributed lateral pressure and the clamped laminated conical shells under edge torsion, are studied. It is shown that the present asymptotic DQ solution can be obtained order-by-order in a hierarchic and consistent manner and asymptotically approaches to the 3D elasticity solution.     

乌鞘岭隧道F4断层区段二次衬砌安全性分析

掌握二次衬砌结构受力的规律,确定隧道衬砌安全性,在F4断层主带和影响带进行了初期支护与二次衬砌间接触压力监控量测,并利用量测结果对实测荷载下二衬的安全性进行了分析,以指导隧道的设计和施工。     

衬砌背后空洞影响下隧道结构裂损规律试验研究

衬砌背后空洞的存在严重影响了围岩与衬砌之间的相互作用,极易引起衬砌结构破损并直接影响到运营安全。通过模型试验,系统研究了拱顶与拱肩背后存在双空洞条件下隧道结构裂损演化过程及衬砌结构轴力和弯矩的变化规律。模型试验结果表明:(1)衬砌背后双空洞的存在,严重影响隧道结构的受力状态,易导致衬砌结构承载力不足;(2)拱顶与右拱肩背后存在双空洞条件下衬砌裂缝出现的顺序为:仰拱内表面裂缝→空洞间衬砌内表面裂缝→拱肩空洞右侧衬砌外表面裂缝→拱顶空洞左侧衬砌内表面裂缝→左拱脚衬砌外表面裂缝→右拱腰衬砌外表面裂缝;(3)空洞尺寸变化显著改变了衬砌内力分布,空洞尺寸的增加,引起两空洞间衬砌结构轴力减小而弯矩增大,使两空洞间的衬砌结构破坏程度更严重;(4)衬砌背后空洞的位置及数量对隧道结构裂损过程有较大影响,衬砌背后存在双空洞时衬砌裂缝的传播过程更复杂。研究成果可为衬砌背后多空洞影响下衬砌裂缝病害的防治和修复提供参考。     

南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构受力分析

地应力和地下水问题对深埋长隧洞衬砌的设计及施工具有重大影响。通过数值计算对南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构进行了受力分析,研究了围岩变形及水压力对管片衬砌结构的影响。初步研究结果表明:约90%的洞段稳定性较好,围岩变形对管片衬砌结构影响较小,可采用管片衬砌;隧洞沿线外水压力较高,是影响衬砌设计的主要因素,应采取适当的排、堵措施降低外水压力对管片衬砌结构的作用。研究结果为南水北调西线一期工程隧洞衬砌设计提供了依据。     

寒区输水渠道衬砌与冻土相互作用的冻胀破坏试验研究

寒区输水渠道冻胀破坏直接影响着工程安全及效益发挥,基土冻胀变形及其与结构相互作用共同导致衬砌冻胀破坏发生。采用低温室循环供冷,模型槽底部砂砾石层补水,设计衬砌渠道低温冻胀模型试验,研究渠基土体的温度场、水分场、变形场和衬砌位移之间动态耦合规律,对比观测了冻融试验前后渠基土横剖面物理性状的变化。研究表明:引起基土冻胀变形的水分迁移量及结冰量受温度梯度、冻结速率控制,也受土体初始含水率的制约;渠道断面形状影响渠道的温度边界和热传导,使各部位冻结速率及冻胀变形不一致。渠基土冻结过程中兼有冻胀和挤密,土体受挤压程度同样受渠道衬砌及断面形状的影响,土体内应力复杂。渠基土冻胀与衬砌位移不协调,导致渠底衬砌与土体脱空且偏心受拉。土体冻结时与衬砌间形成接触分凝冰层,传递作用力;温升融化时,接触分凝冰层消融,表层土体强度丧失,造成渠坡滑动失稳破坏和衬砌结构大面积的滑塌。