循环温度作用下饱和黏土中摩擦型桩变形特性研究

为探究能量桩单桩水平承载特性,针对砂土中能量桩在水平荷载下的承载特性进行研究,基于模型试验,分析了水平荷载作用下能量桩在制冷和加热过程中的桩顶位移、桩前土压力以及桩身弯矩等的变化规律。研究结果表明：制冷会引起能量桩桩顶水平位移略微增大,增量为0.48%D(D为桩体直径),而加热会引起较大的桩顶水平位移,达到了2.38%D;制冷和加热在初始阶段会引起桩前土压力增大,初始增长阶段结束后,土压力变化较小,多为缓慢增长或基本不变。相较于初始土压力,制冷和加热结束时的土压力基本呈增长趋势,仅个别埋深处土压力减小。制冷过程中,埋深0%L~40%L(L为有效桩长)范围内的弯矩增大,埋深40%L~100%L位置处的弯矩变化较小;加热过程中,埋深0%L~60%L范围内的弯矩均有所增大,0%L~40%L位置处的弯矩增大最为明显。制冷和加热过程中均在20%L处产生了最大弯矩,最大弯矩的增加量分别为9.93%和10.32%。进一步基于圆孔扩张理论提出了弯矩计算的理论解,并与试验结果进行对比分析,理论计算值与实测值较为吻合。

     

循环温度荷载作用下饱和多孔介质热-水-力耦合响应

对半无限体表面作用简谐循环温度荷载下,饱和多孔介质热-水-力耦合响应的一维情形进行研究,给出内部温度、孔压和位移等的解析表达式。分析了半无限体温度响应由瞬态到准稳态的演化过程以及准稳态条件下温度、孔压和位移等的波动特征。研究表明:随着温度荷载作用时间的增长,热力学响应以波的形式向深处传导和扩散并趋于准稳态过程;随着介质深度的增加,热力学响应的波动幅值不断减小,而其相位相应滞后;随着介质透水性质的增强,孔压沿深度的分布趋于均匀化;当介质深度超过一个波长后,其热力学响应值几乎为零。     

SiCw／6061Al复合材料温度循环拉伸变形行为

本文采用热循环拉伸试验方法研究了ＳｉＣｗ／６０６１Ａｌ复合材料的变形行为。结果表明，ＳｉＣｗ／６０６１Ａｌ复合材料温度循环拉伸变形行为与蠕变类似分为初始变形阶段、稳态变形阶段和快速断裂三个阶段；温度循环拉伸变形稳态流变速率明显提高；温度循环拉伸变形的应力指数低于恒温蠕变的应力指数。     

任意形式荷载作用下饱和土中桩的扭转振动特性研究

基于Biot提出的饱水多孔介质的波动方程,研究了均质各向同性饱和土中弹性支承桩的耦合扭转振动问题。通过采用拉普拉斯变换及分离变量法求得土体扭转振动位移形式解。利用桩土系统衔接条件和边界条件,进而得到了桩顶转角响应的拉普拉斯变换域解。进一步采用拉普拉斯逆变换技术,得到了任意形式激振荷载作用下桩顶转角时域响应的数值解。最后,研究了骤加荷载和三角形荷载作用下主要参数对桩顶转角时域响应的影响。     

不同埋管形式下能量桩热力学特性模型试验研究

桩埋管式地源热泵（也称能量桩）是一种可以节省地下空间和施工埋管费用的新技术,目前在国内外得到了一定的应用。然而,针对其在干砂中的传热特性和力学特性的研究却相对较少。基于模型试验方法,对不同埋管形式下,干砂中钢筋混凝土桩的传热特性及其力学特性进行了对比模型试验研究。试验测得桩体、桩周土体的温度变化规律,桩体应变和桩体热应力的变化规律,并对比分析了温度影响下基桩的极限承载力。试验研究结果表明,同样输入功率条件下,不同埋管形式相比,W型和螺旋型桩的应力变化和桩顶沉降量均较单U型桩要大。     

SiCw／6061A1复合材料温度循环拉伸变形行为

本文采用热循环拉伸试验方法研究了ＳｉＣｗ／６０６１Ａ１复合材料的变形行为．结果表明，ＳｉＣｗ／６０６１Ａ１复合材料温度循环拉伸变形行为与蠕变类似分为初始变形阶段、稳态变形阶段和快速断裂三个阶段；温度循环拉伸变形稳态流变速率明显提高；温度循环拉伸变形的应力指数低于恒温蠕变的应力指数．     

竖向地震作用下饱和土-桩体系的耦合动力响应研究

为揭示竖向地震荷载作用下桩土系统的耦合动力特性,首先将基桩视为具有径向和竖向变形的三维轴对称杆件,采用Hamilton变分原理建立其运动方程,而桩周土体视为充满流体的三维多孔连续介质,采用Boer多孔弹性介质模型描述其动力学行为。在不引入势函数的情况下,先将土骨架的体积应变和孔隙流体压力作为中间变量处理土体运动方程,然后采用分离变量法求解土体和基桩的运动方程,进而结合桩-土系统的边界和连续条件,推导得到桩顶的运动放大系数和运动响应因子解析解。通过与相应有限元模型数值计算结果及已有解的比较,验证所提出解的正确性。最后分析桩土主要参数对桩土耦合系统动力特性的影响,得到了一些有意义的结论,可为相关工程实践提供参考。研究结果表明：当桩长径比较小时,基桩的径向变形对饱和土-桩系统的动力响应存在显著影响,忽略基桩的径向变形,将高估桩土系统的共振行为;对于单相土而言,在低频阶段,桩顶响应相对于自由场表面响应偏小,在高频阶段,其随着桩长径比的增大而偏大。桩土系统的共振行为发生于激振频率接近于土体自由场的自振频率。随着桩长径比的增大,桩土系统对基岩运动的放大效应呈增大趋势;对于饱和土而言,饱和土层表面的...     

地铁循环荷载下黏土污染圆砾的大型动三轴试验及动力特性研究

为揭示地铁循环荷载作用下受黏土污染圆砾的长期动力特性,利用GDS大型三轴循环试验系统,开展了一系列饱和不排水动三轴试验,分析了不同围压及动应力幅值下黏土污染水平(clay fouling level, VCI)对圆砾长期动力特性的影响。试验结果表明：随着VCI的增加,试样的累积塑性应变呈先增后减的趋势,污染黏土由润滑作用转变为填充作用,围压为100 kPa时,界限VCI=30%,围压为200 kPa、300 kPa时,界限VCI=20%;VCI对浅埋地铁隧道(σ₃=100 kPa)影响较大,威胁行车安全,而对深埋地铁隧道(σ₃=200 kPa、300 kPa)影响较小,地铁运行相对安全;随VCI的增加,试样的弹性应变和动孔压比先增大后减小,而回弹模量则先减小后增大,但三者的变化趋势均随围压的降低及动应力幅值的增大愈发明显。研究成果可为地铁路基结构设计及其工后沉降预估提供参考。     

超长期循环荷载作用下海上风机大直径单桩动力特性演变规律研究

大直径单桩基础是目前应用最广泛的一种海上风机支撑结构,其现有相对成熟的研究主要集中在承载力、累积变形和初始动力特性计算等问题。而海上风机对海洋环境中的风、浪、流、地震波及其运行荷载等动荷载非常敏感,因此在长期循环荷载作用过程中,其振动特性变化规律必须得到充分研究。通过在干砂中对大直径单桩进行室内1g模型试验,以模型桩承载力为参考值,施加相同频率、不同幅值的循环荷载,并在加载过程中进行频响分析,得到桩顶水平位移频响函数,进而得出了以下结论：(1)桩基一阶共振频率随循环次数增大而增大;(2)阻尼比随循环加载次数整体呈降低趋势;(3)桩顶刚度则受循环荷载的致密作用和振动坑的形成等多因素影响,割线刚度主要呈下降趋势,卸载刚度呈增大趋势。     

饱和土中摩擦桩竖向振动解析解及应用

采用与频率相关的桩土接触面模型建立了三维轴对称条件下摩擦桩在饱和土中的竖向耦合振动模型,通过势函数分解法和分离变量法求解了饱和土动力固结方程,利用桩土耦合条件得到摩擦桩竖向振动解,对桩周剪应力分布、桩顶的频率和时域响应进行了参数研究.结果表明,桩底支承系数和桩土接触面动刚度对桩土荷载传递有明显影响,频率相关的阻尼系数可...     

不同升温-降温路径下中空圆柱饱和粉质黏土的热固结

利用自行研制的适用于中空圆柱体试样并可控制试样内、外边界温度的热固结试验装置,进行了一种饱和粉质黏土的热固结试验。温度路径包括试样内、外边界等温单级和多级升温-降温以及内、外边界不等温多级升温-降温,温度荷载的施加范围为25℃~75℃,围压为50 kPa、100 kPa、150 kPa、200 kPa四种情况。论文研究了不同升温-降温路径和不同固结压力条件下饱和粉质黏土的孔隙水压力和固结体应变随时间的演化规律,并对不同温度路径下的试验结果进行了比较。分析表明：同一温度路径下,围压越大,升温或降温所产生的最大归一化孔隙水压力的绝对值越小,固结体应变的大小与围压大小并不成单调关系;同一围压下,升温或降温幅度越大,所产生的最大归一化孔隙水压力的绝对值越大,相应的固结体应变也越大;经过不同温度路径升、降温到同一温度值,设置的温度等级越多,产生的体应变也就越大,并且相同温度等级路径,内、外等温的情况要比不等温情况产生的体应变大。     

热-冷反复变化过程中饱和粘性土的热固结试验研究

对热-冷反复变化过程中饱和粘性土的热固结特性进行了室内试验。试验表明,随着试样温度的升高,温度的上升速率逐渐减慢,而在降温过程中则正好相反。而且,温度变化过程与温度荷载循环次数、试样所受到的围压无关;不排水加热过程中会诱致显著的孔隙水压力,而第2个温度循环过程要比第1个温度循环过程诱致的孔隙水压力要小;在不排水温度下降过程中,试样内先产生负的孔隙水压力,当温度下降至设定的温度值后,孔隙水压力又开始上升,随后转化为正的孔隙水压力;如果允许试样排水(或吸水),则试样在加热和降温后的等温过程一般表现为收缩排水过程,且加热后所引起的排水体应变要远大于降温后所引起的排水体应变。     

饱和软粘土中沉桩后桩周土体固结分析

假定沉桩过程是一个平面应变圆孔扩张问题, 采用了修正剑桥模型, 给出了软粘土中沉桩过程后初始时刻超孔隙水压力沿桩径分布的解析函数, 并与Cao 等人的数值解以及Gibson 提出的公式进行了比较。根据土骨架的弹性位移特性以及水流的连续性条件, 得到了桩周土体固结的控制方程。运用分离变量法并结合边界条件以及初始条件得到了桩周土中超孔隙水压力消散的级数解答, 该解答可以作为孔压静力触探反求固结系数的一个理论依据。通过2 个算例分析了土体的应力历史以及刚度对桩侧超静孔压消散的影响;算例分析表明, 随着超固结比的增大, 归一化后的塑性区半径以及桩侧超孔隙水压力均在减小;桩侧的超静孔压消散前期较快, 后期较慢。     

热载荷作用下嵌入SMA丝复合材料梁的横向自由振动

基于形状记忆合金Brinson一维热力学本构方程,采用复合材料细观力学分析方法,建立了热载荷作用下嵌入SMA丝复合材料梁的一维热弹性本构关系。其次利用Euler-Bernoulli梁的轴线可伸长几何非线性理论和自由振动理论,建立了嵌入SMA丝复合材料梁在均匀升温场内自由振动的动力学控制方程,导出了热过屈曲构形附近嵌入SMA丝复合材料梁微幅横向自由振动的模型。最后通过打靶法求解了两端固定约束条件下嵌入形状记忆合金丝复合材料梁在加热过程中的振动响应,获得了梁的前四阶固有频率在不同SMA相对体积含量时随温度变化的特征关系曲线。数值结果表明,SMA丝相变过程中的回复应力和弹性模量变化对梁在过屈曲前后的各阶固有频率均有影响,是实现梁自振频率主动控制的一种有效方法。     

饱和土隧道内集中荷载作用下振动位移反应的Green函数解答

饱和土隧道在集中荷载作用下的隧道底面振动位移反应关系着饱和土的液化、震陷。根据饱和土中方形隧道的断面特征,采用两相饱和介质边界元法Green函数以及推导出的Lamb积分方程,计算出机车的集中振动引起的隧道底面振动反应表达式。结合具体算例,数值计算后表明结果可信。     

冻融循环后一字形短肢剪力墙抗震性能试验研究

为了研究冻融循环作用、混凝土强度和轴压比对一字形短肢剪力墙抗震性能的影响,探讨冻融环境下一字形短肢剪力墙的轴压比限值,设计制作了6个剪跨比为1.14的一字形短肢剪力墙试件并对其进行了200次循环的人工气候冻融试验,进而进行拟静力试验。基于试验描述了各试件的破坏过程与特征,并以抗剪承载力、延性系数、塑性转角、强度衰减、刚度退化和累积滞回耗能等指标为参数,分析了冻融环境下一字形短肢剪力墙抗震性能的衰减规律。试验结果表明：冻融循环作用对一字形短肢剪力墙的抗剪承载力、强度衰减、刚度退化和耗能能力影响较为显著,而对其变形能力影响较小;冻融循环次数不变,增大混凝土强度可有效增强一字形短肢剪力墙构件的抗冻性能,提高其抗震能力;冻融环境下,应严格控制一字形短肢剪力墙构件的轴压比。     

饱和分数导数型粘弹性土-深埋圆形隧洞衬砌系统的动力特性

在频率域研究了分数导数型粘弹性饱和土体和深埋圆形隧洞弹性衬砌相互作用的耦合简谐振动。将土骨架视为具有分数阶导数型本构的粘弹性体,基于饱和多孔介质理论和平面弹性理论,分别给出了饱和粘弹性土、弹性衬砌简谐振动的解析解。通过弹性衬砌和饱和土接触面处的连续性条件和衬砌内边界条件,得到了饱和粘弹性土-衬砌系统的稳态动力响应,给出了衬砌和饱和粘弹性土位移、应力和孔隙压力的解析表达式。在此基础上,进行了参数研究,讨论了物理和几何参数对系统响应的影响。研究表明:饱和分数导数型粘弹性土-衬砌系统的动力响应与经典饱和弹性/粘弹性土-衬砌系统的动力响应差异很大。     

饱和粘土中挤土桩球形孔扩张的弹塑性分析

将桩体的贯入模拟为球形孔扩张过程,基于球形孔扩张理论,在大变形假定情况下,结合修正剑桥模型及水力压裂理论,由最小耗能原理从能量的角度推导出了饱和粘土中挤土按球形孔扩张后,土体整个范围内,包括弹性区、塑性区、破坏区内的应力、位移及超孔隙水压力分布的解析解,并分析了土的超固结比对结果的影响,和其他文献的比较结果证明了理论解析解的准确性。其结论可为饱和土地区的静压桩、打桩等岩土工程问题提供理论依据。