层状地基中盾构隧道开挖非均匀收敛引起临近管道变形预测

采用弹性层状地基模型来考虑地基土体的非均质性,并针对隧道开挖边界引入椭圆化非等量径向土体位移模式;采用基于位移控制技术的边界单元方法来求解土体自由位移场,提出层状地基中盾构隧道开挖非均匀收敛引起临近管道变形影响的位移控制分析方法。结合位移控制有限元数值模拟和既有离心模型试验结果进行对比分析,验证该方法的有效性。算例分析结果表明,土体自由位移场计算对管道纵向变形性能的评估具有较大影响;对于非均质层状地基,如果采用以往的将不同土体参数近似折算成平均值,进而按照弹性均质地基进行求解会带来较大的计算误差。研究成果可为合理制定城市地铁隧道施工对周围环境影响的保护措施提供一定理论依据。     

二维层状地基格林函数的求解

提出了求解二维层状地基内部格林函数的混合数值算法。利用傅里叶变换将二维层状各向同性地基的波动方程转换为频率-波数域内的两点边值问题的常微分方程,运用精细积分方法求解并得到频率-波数域内的动力柔度系数,最后利用傅里叶逆变换得到层状地基内部的格林函数。本文提出的混合数值算法克服了已有算法的局限性,对于层状地基有广泛的适用性,对层状地基的层数和厚度均没有任何限制,不仅可以求解层状地基表面的动力响应,而且可以求解层状地基内部节点格林函数。混合数值算法基于矩阵运算,从而数值计算稳定,并且有较高的计算效率。数值算例验证了本文算法的高精度。     

基于位移控制边界单元法盾构隧道开挖引起分层土体变形分析

 考虑地基土体非均质性的影响,基于弹性层状半空间地基模型,提出分析多层地基中盾构隧道开挖引起周围土体不排水变形的位移控制边界单元法,改变了过去采用简化分析方法仅能在均质地基中进行求解的状况。针对盾构隧道开挖边界引入椭圆化非等量径向土体位移移动模式,建立层状地基中洞周边值问题的边界积分求解方程,并采用高阶等参单元代替低阶常分布单元得到边界离散方程,同时以弹性层状半空间地基模型的基本解代替常规均匀介质体的Kelvin或Mindlin基本解,最终求得隧道洞周给定位移条件下的土体位移场。算例分析表明：位移控制边界单元法在计算均质地基和非均质层状地基中都具有较好的精度;对于非均质层状地基,如果采用以往的将不同土体参数近似折算成平均值进而按照弹性均质地基进行求解会带来较大的计算误差。研究成果可为合理评估盾构隧道施工对周围环境的影响提供一定的理论依据。     

高速移动列车荷载作用下成层地基-轨道耦合系统的动力响应

为研究层状地基-轨道耦合系统在高速移动列车荷载作用下的动力响应问题,建立了求解层状地基-轨道动力相互作用的2.5维间接边界元方法。方法选取垂直轨道方向的截面,在频率-波数域内进行边界单元的离散和求解,然后通过傅里叶变换方法求得时间-空间域内的动力响应。方法具有降维、自动满足辐射条件的优点。文中通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀半空间地基、基岩上单一土层地基和多层土地基情况为模型进行了数值计算分析。研究表明成层地基与均匀半空间地基情况轨道和地基振动响应存在本质差异;成层地基列车移动临界速度的确定需考虑成层地基中面波的频散和多模态特性。     

横观各向同性层状地基上埋置刚性条带基础动力刚度矩阵求解

提出了求解横观各向同性层状地基埋置刚性条带基础动力刚度矩阵的精确算法。算法利用空间变换方法求解得到了横观各向同性层状地基表面或内部任意点的动力位移响应,针对开挖基础求解开挖区域内节点群的动力柔度矩阵,最后利用容积算法求解埋置刚性条带基础动力刚度矩阵。此算法采用精细积分算法求解频率–波数域内层状地基的动力柔度系数,对层状地基的层数和厚度均没有任何限制。此外,算法基于维数较小的矩阵(2×2)运算,数值计算稳定,求解效率较高,数值算例验证了所提算法的精确性及对横观各向同性多层地基的广泛适用性。     

空沟对层状饱和地基中列车移动荷载的隔振性能研究

基于Biot流体饱和多孔介质理论,建立含空沟层状饱和地基–轨道耦合动力系统,研究了空沟对移动列车荷载引起层状饱和地基振动的隔振问题。方法首先将系统分解为含空沟层状饱和地基和轨道两个子结构,然后采用2.5维间接边界元方法(IBEM)求解含空沟层状饱和地基在移动均布竖向线荷载作用下的动力响应,同时求解轨道在移动列车荷载和均布竖向线荷载共同作用下的动力响应,最后通过令轨道竖向位移与层状饱和地基表面轨道中心处竖向位移相等实现两者的耦合。文中通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均质饱和地基和饱和基岩上单一饱和土层地基为模型进行了数值计算分析,研究了饱和地基参数和隔振沟参数对隔振效果的影响。数值结果表明,层状饱和地基中空沟的隔振效果优于均质饱和地基中空沟的隔振效果;且饱和地基中空沟的隔振效果优于相应单相弹性地基中空沟的隔振效果;另外,空沟深度、饱和土孔隙率和基岩与饱和土层刚度比等也对空沟的隔振效果有着重要影响。     

交通荷载作用下层状地基沉降简化分析方法

基于层状地基的应力和位移场基本解,建立了层状地基表面作用静荷载时的应力和位移的解答,对分析过程中含有O(1/r)和O(1/r2)的奇异积分作了妥善地处理,提高了计算结果的精度。针对交通荷载作用下高速公路软土地基的变形规律,通过拟静力法将车辆动荷载简化为两种特定分布形式的静荷载。计算结果表明:传统的Boussinesq联合分层总和法在均匀地基中能得到比较准确的沉降值,但在层状地基中计算得到的沉降值误差比较大。并以上海标准层状地基为例,针对不同荷载分布假设进行了沉降分析。     

软硬互层状岩体局部区域的细观非均匀特性研究

以锦屏工程地下厂房区典型软硬互层状岩体为研究对象,基于区域生长算法的图像分割技术表征岩体局部区域的细观结构特征,探讨获取区域生长算法中生长参数的方法;采用FLAC~(3D)差分程序,以比例关系映射方法建立与软硬互层状岩体岩样相对应的细观尺度均匀化网格模型。在此基础上,实现各组分基元力学参数满足Weibull分布的细观概率模型。并以程序内嵌的fish语言,实现考虑岩体局部细观结构及组分材料非均匀性时基元的弹–脆–塑性本构关系,建立互层状岩体局部区域细观数值模型,进而以多种数值模拟方案考察细观非均匀性对岩体力学行为的影响。结果表明,软硬互层状岩体的细观非均匀特性对其变形特性、强度特征、声发射规律及累计损伤过程影响显著。     

层状横观各向同性地基上刚性条形基础动力刚度系数

采用间接边界元方法（IBEM）研究了层状横观各向同性（TI）地基上明置条形基础平面内动力刚度系数。首先,在波数域中求解TI介质动力平衡方程,建立了TI土层和TI半空间的精确动力刚度矩阵,并通过集整土层和半空间刚度矩阵,求得层状TI地基整体动力刚度矩阵。然后,采用刚度矩阵方法求得层状TI地基表面均布荷载动力格林函数。最后,由基础与地基表面的混合边界条件求得明置条形基础的平面内动力刚度系数。均布荷载动力格林函数的引入克服了传统边界元方法的奇异性问题,同时,精确动力刚度矩阵的引入使得方法不受土层厚度的限制。通过与已有结果比较验证了方法的正确性,并以均匀TI半空间地基、单一TI土层地基和多TI土层地基上明置基础为例进行了数值计算分析,探讨了TI参数、振动频率和土层对刚度系数的影响。研究表明,土体TI参数对刚度系数有着显著的影响,尤其是层状TI地基中刚度系数的峰值频率和峰值十分依赖于TI参数的变化;逆序地基与正常序列地基上基础刚度系数差异明显,逆序地基对应刚度系数随频率振荡剧烈且数值较大。     

非均质地基上浅基础的极限承载力

本文根据塑性极限平衡原理,考虑地基土性的成层分布及粘结力沿深度的非均匀变化,结合变分法,推导了用于确定成层非均质地基极限承载力的基本公式,并采用拟牛顿算法进行了数值求解;基于大量计算结果,分析了土壤强度及其分布、基础埋深、地震荷载及地下水位深度等各种参数及其组合对地基承载力的影响,并将计算结果与已有的解答进行了比较。最后,对非均质地基承载力的表示方法进行了初步探讨。     

蠕变地层套管载荷分析研究

研究了蠕变地层中套管载荷的分布规律。首先，件下蠕变地层中套管的载荷。其次，采用有限元方法，将套管看成弹性支撑，采用解析方法确定了均匀地应力条研究了非均匀地应力条件下蠕变地层中套管的载荷。不论是均匀地应力还是非均匀地应力条件，经过足够长的时间，套管载荷都将接近于完全弹性解。同时，通过数值计算，得出了非均匀地应力条件下与现有套管载荷分布规律相反的结论。     

立白大厦基坑开挖对临近地铁隧道的影响评价

广州立白大厦基坑工程距地铁隧道最小距离仅20m,其施工是影响区间隧道及地铁车站正常运营的一个重要因素,若施工方案不当或保护措施不足,则很可能引起区间隧道发生过大的不均匀变形.为此建立了该基坑工程的数值分析模型,模拟实际施工工况,动态地分析了施工过程中开挖卸荷对地铁隧道的影响,为优化设计和施工提供了有益的参考.     

山区地基特点及技术处理措施

对山区地基的特点进行了分析,详细地阐述了山区地基的处理措施,并根据工程实践提出了具体建议,以解决好山区地基的不均匀性问题,彻底消除建筑物的地基隐患,同时为以后山区工程建设处理软、硬不均地基积累成功经验。     

岩层倾角与建筑基础不均匀沉降关系的数学分析

以大量的工程监测数据为依据，对基础不均匀沉降与岩层倾角的关系进行了系统的分析，给出了建筑基础不均匀沉降与岩层倾角关系的数学模型。     

水平静载荷下复合地基的不均匀沉降分析

采用有限元数值方法,对水平静荷载作用下群桩复合地基产生的不均匀沉降进行了三维有限元分析,讨论了各种影响复合地基不均匀沉降的因素,得出了群桩复合地基不均匀沉降的变化规律,以对工程实践起理论指导作用。     

煤气柜地基的劈裂注浆－注水预压处理和分析

对于某厂５．４万ｍ３煤气柜因天然地基的不均匀性和施工建造前未对地基进行深部处理而造成的柜体倾斜，采取了劈裂注浆与注水预压混合地基处理方法，有效地控制了柜体的沉降，保证了柜体的正常运营．     

煤气柜地基的劈裂注浆－注水预压处理和分析

对于某厂５．４万ｍ３煤气柜因天然地基的不均匀性和施工建造前未对地基进行深部处理而造成的柜体倾斜，采取了劈裂注浆与注水预压混合地基处理方法，有效地控制了柜体的沉降，保证了柜体的正常运营．     

Calculating the global buckling resistance of thin-walled steel members with uniform and non-uniform elevated temperatures under axial compression

This paper develops a method, based on the Direct Strength Method (DSM) global buckling curve, to calculate the global buckling ultimate strength of cold-formed thin-walled (CF-TW) steel members under uniform and non-uniform elevated temperatures. The assessment is carried out by checking the DSM curve-based results with numerical simulation results using the general finite element software ABAQUS. The numerical model has been validated against a series of ambient temperature and fire tests on panels made of two different lipped channel sections tested to their ultimate load carrying capacities at ambient temperature or to their fire resistance at different load levels. The validated numerical model has been used to generate a database of numerical results of load carry capacity of CF-TW members with different uniform and non-uniform temperature distributions in the cross-sections under different boundary and loading conditions and with different dimensions. It is concluded that the DSM global buckling column curve is directly applicable for uniform temperature but a simple modification is required for non-uniform temperature distributions.     

Direct Strength Method for calculating distortional buckling capacity of cold-formed thin-walled steel columns with uniform and non-uniform elevated temperatures

This paper assesses the applicability of the Direct Strength Method (DSM) to calculating the distortional buckling strength of cold-formed thin-walled (CF-TW) steel members with uniform and non-uniform elevated temperature distributions in the cross-section. The assessment was carried out by checking the DSM calculation results with numerical simulation results using the general finite element software ABAQUS which was further validated against ambient and uniform elevated temperature tests on short lipped channel sections, in addition to the author's previous validation studies for thin-walled steel columns with non-uniform temperature distributions. The validated numerical model has been used to generate an extensive database (453) of numerical results of load carrying capacity of CF-TW members with different uniform and non-uniform temperature distributions in the cross-sections, under different boundary and loading conditions and with different dimensions and lengths. It is concluded that the existing DSM distortional buckling curve for ambient temperature application is also applicable for columns with uniform temperature distributions in the cross-section, but is un-conservative for columns with non-uniform temperature distributions in the cross-section. This paper proposes a modification to the distortional buckling curve to enable DSM to deal with distortional buckling in columns with non-uniform temperature distributions.     

Elastic flexural buckling of non-uniform members: Closed-form expression and equivalent load approach

Experienced structural engineers have an intuitive understanding of the buckling behavior of uniform members subjected to compressive loads. The Euler critical load and the concept of buckling length are extensively used in this context. Unfortunately, the extension of this intuitive approach to cases with non-uniform load or non-uniform members is not straightforward. Based on an extensive numerical parametric study, the paper first presents a closed-form expression for the buckling load of constant cross-section members with non-uniform axial loading. Consequently, an equivalent load approach for non-uniform members subjected to non-uniform axial load distribution is proposed and validated. The combination of both procedures has the power of transforming the general complex case of a non-uniform member under non-uniform load into an equivalent simple case of a uniform member subjected to uniform load. The new methodology is simple and direct, and produces more than acceptable approximate results.