海洋循环荷载对吸力桶基础水平承载力的影响研究

海上风电吸力桶基础在25年服役期内,海洋循环荷载作用下桩土相互作用与桩周土状态改变,导致其水平承载力改变。为了研究循环荷载对吸力桶基础水平承载力的影响,该文在砂土地基开展模型试验,介绍吸力桶基础和地基建模方法以及砂土地基的制备和测试。根据水平极限承载力试验结果和循环荷载参数设计循环加载试验,得到吸力桶基础的累积转角随循环次数的增加而增加,增速随之降低。通过对循环加载后的吸力桶基础开展水平单调加载试验,并与水平极限承载力对比。结果表明:循环荷载作用下桩周土趋于致密化,从而导致砂土地基中吸力桶基础的水平承载力增加;水平承载力随循环荷载幅值比和循环次数的增加而分别呈线性和指数增加,随循环荷载对称比的增加呈线性减小,并给出相应的归一化计算公式,为吸力桶基础工程设计提供不同循环荷载作用后的水平承载力计算方法。     

走滑断层错动下山岭隧道关键断面变形及损伤演化

山岭隧道受选线制约大多要穿越活动断裂带,而活动断裂带的运动会对与之相交的隧道结构的安全产生影响。为此,对穿越走滑断层的隧道在地震中所遭受的破坏展开调研具有现实意义。以滇中引水工程香炉山隧洞为背景,建立隧道-断层三维有限元分析模型,研究走滑断层错动下隧道关键断面的变形特征。基于所建立的有限元模型,采用相对位移法对断层错动量、断层破碎带宽度和穿越角度的影响进行参数分析。研究结果表明：穿越角度为45°时,截面的变形模式为水平椭圆,而穿越角度为135°时,截面的变形模式为直立椭圆;随着断层破碎带宽度的增加,位于断层中间位置处的隧道截面的变形程度减小;走滑断层错动下,隧道截面变形最为严重的区域出现在拱顶和拱底,在进行山岭隧道的设计时需要重点关注。     

阶梯地形成层场地的斜入射地震动输入方法

基于黏性边界和地震动斜入射时水平成层场地反应算法,发展了一种阶梯地形成层场地的斜入射地震动输入方法,即两个侧面人工边界处采用各自高度水平成层场地的自由场反应作为输入,底面人工边界处采用入射波场作为输入。由于该方法是近似地震动输入方法,分析了人工边界位置、输入地震动、地震动入射角度、地表斜坡倾角及场地分层特性变化对该方法精度的影响。结果表明,平面SV地震波输入条件下,针对该文研究的各种工况,地表最大位移峰值误差均小于5%,说明提出的斜入射地震动输入方法精度较高,可用于阶梯地形成层场地的地震反应分析。     

尾矿库槽孔管外包土工布径向渗流试验模型及其渗透特性分析

槽孔管排渗体系对降低尾矿坝浸润线具有重要作用,而以往研究多基于一维试验单独测定土工布的渗透系数,对槽孔管外包土工布整体系统的渗透特性研究较少。首先设计研发了一套针对槽孔管外包土工布排渗体系的径向流试验设备,进而基于研发的试验设备,开展不同水头差及不同土工布层数下槽孔管排渗体系的渗流试验,研究土工布层数和水头差对排渗体系渗透特性的影响。试验结果表明：随水头差增加,槽孔管排渗体系渗透系数具有逐渐增加的规律;随外包土工布由一层增加到二层是渗透系数具有明显减小,但随着土工布层数继续增加渗透系数又出现轻微增加的情况。本文试验结果可为槽孔管外包土工布整体结构在尾矿坝排渗降渗中的应用提供一定参考。     

近场数值波动分析中地震波输入的一种简化方法

在显式有限元方法结合黏弹性人工边界的时域波动方法的基础上,建立了地震波垂直输入时的一种简化输入方法。将近场有限元模型沿高度方向进行分层,将地震动的入射运动转化为作用于人工边界底面及分层后每层侧面上的均布力,以实现地震动的输入。与以等效节点力的方式实现的地震动输入相比,施加均布力的方式简化了地震波输入的前处理工作,且又能保证与等效节点力方式相同的精度。自由场数值算例表明：当本文方法中的分层高度与波动有限元网格离散要求的最大尺寸相等时,本文方法与等效节点力方法具有相同的精度;当局部区域按网格离散要求的最大尺寸进行分层而在其它区域放大分层高度时,局部区域上的近场波动响应仍可保证具有相当高的精度。另外,某隧道结构地震响应算例的计算结果同样说明了本文方法的有效性。     

含空洞缺陷的圆形硐室围岩应力弹性解析解

基于复变函数理论,建立真实平面上含空洞缺陷硐室外域和复平面上单位圆外域之间的映射关系,得到了在远场应力作用下含空洞缺陷圆形硐室围岩弹性应力解析解,分析了围岩应力分布规律以及缺陷位置、缺陷凸出程度和场地应力比对孔口应力分布的影响。结果表明:硐室缺陷部位应力分布与无缺陷情况具有明显区别,在缺陷中部应力集中效应明显,但在硐室孔壁与缺陷相交部位应力明显较小,甚至会出现环向应力为拉应力的情况;较轻微的缺陷便可引起较大的应力集中现象,且随缺陷凸出程度的增加,缺陷中部应力集中现象明显加剧;随着缺陷凸出方向与最小主应力方向夹角的减小,缺陷中部的应力集中现象加剧;当缺陷凸出方向与最小主应力方向平行时,随围压应力比的减小缺陷处的应力集中程度增大,而两者处于垂直状态时,随围岩应力比的减小缺陷处的应力集中现象逐渐降低。因此,在实际工程应用中应充分考虑空洞缺陷所引起的应力集中现象的影响。     

松动圈对隧道围岩地震动力响应的影响

为了实现对埋深的模拟,考虑振动台的载重量,设计并制作了一套质量较轻的柔性伺服气压加载系统.分别开展了考虑和不考虑松动圈的振动台模型试验,同时建立了相应工况的隧道动力计算数值模型,将试验结果与数值计算结果进行了对比.模型试验数据与数值模拟结果规律较为一致,且反映了松动圈的动力响应影响,表明采用柔性加载来模拟埋深产生的地应力的方法是可行的.结果表明:在一定埋深条件下,隧道结构的自身振动特性表现不明显;松动圈的存在增大了隧道结构和周围岩体的加速度响应,从而使结构破坏程度更为严重;无论有无松动圈,结构整体的动力响应规律相似.松动圈对隧道结构地震动响应的不利影响可以归结为松动圈与围岩交界面发生地震波的折射和反射以及松动圈相比于围岩较软弱,地震时更容易发生局部变形这2个因素.     

不同SV波输入方向下山岭隧道的地震响应分析

首先,针对均匀半空间的三维模型,推导了地震波SV波输入下等效节点力的求解公式,建立了SV波的三维倾斜输入方法。通过与其他数值解对比,验证了输入方法的准确性。与以往建立的SV波输入方法只能相对三维模型的某一平面内改变输入方向相比,所建立的方法可在三维空间内任意地改变输入方向。最终,基于建立的输入方法,模拟了不同SV波输入方向下某长大隧道洞身段的地震响应规律。研究了SV波入射方向对隧道衬砌的塑性变形、轴向拉伸变形、轴向剪切变形、横截面出平面变形和横截面平面内变形的影响。通过数值模拟分析发现SV波输入角度对长大隧道洞身段的地震响应具有较大影响,在实际地震响应分析中应考虑SV波的入射方向。     

混凝土三轴动态强度准则

动态荷载作用下,混凝土材料存在着明显的率相关性,建立混凝土材料在动态荷载作用下的三轴动态强度准则具有重要的科学意义。本文在广义非线性强度理论的框架下,结合混凝土材料的非线性单轴、双轴动态强度特性,推导了广义非线性强度理论材料参数的率效应公式,从而得到了考虑率效应的混凝土材料的三轴动态强度准则。双轴情况下,所建立的动态强度准则与动态试验数据吻合较好;根据混凝土材料强度参数的率效应公式,探讨了混凝土材料的多轴非线性强度特性。     

界面特性及骨料分布对混凝土破坏模式影响

过渡区界面(ITZ)是混凝土细观组分中的相对薄弱环节,对混凝土的宏观力学性能具有重大影响。基于混凝土随机骨料模型,采用扩展有限元法(XFEM),对单轴拉伸及弯拉条件下混凝土材料的细观破坏过程及机理进行数值模拟,研究界面特性及骨料空间分布形式对混凝土宏观力学性能及破坏模式的影响。数值结果表明:(1)不同界面强度使得混凝土具有不同的细观破坏模式,界面强度越高混凝土宏观强度越高;(2)骨料分布形式影响混凝土细观破坏模式,但对混凝土宏观弹性模量及强度的影响可忽略。