考虑Hoek-Brown破坏准则的圆形隧道支护结构内力分析

现有研究中,可高效地给出考虑Hoek-Brown破坏准则的圆形隧道衬砌结构内力分布规律的研究方法较少。为探究考虑Hoek-Brown破坏准则时的圆形隧道支护结构内力分布规律,基于超静定响应法,通过将Hoek-Brown破坏准则中的岩石强度参数转化为等效Mohr-Coulomb强度参数,给出考虑Hoek-Brown破坏准则的圆形隧道支护结构内力计算方法。通过将本文方法所得结果与经典解析解答进行对比,验证方法的有效性。利用给出的弯矩和轴力的计算表达式,探究了不同的隧道埋深H,不同的岩石无侧限抗压强度σci和地质强度参数GSI对隧道支护结构内力分布的影响规律。研究发现：参数H,σci和GSI对圆形衬砌结构内力影响较大,衬砌结构的弯矩和轴力值随H的增加而增长,但随σci和GSI的增加而减小;隧道开挖后岩石完整越好,围岩的整体自稳定性越好,使得衬砌结构内力越小。衬砌结构弯矩绝对值的最大值出现在隧道拱顶、侧墙和拱底处,而轴力绝对值的最大值仅出现在侧墙处。给出的方法既可为隧道设计初期支护结构的力学行为分析提供参考,又能为在服从Hoek-Brown破坏准则的岩体中开挖的圆形隧道支护结构设计提供理论参考...     

圆形及矩形基础非均质地基极限承载力数值分析

我国经济发达地区广泛分布有软弱黏性土地基,近年大量超高、超大建筑和高速铁路等设施的快速建设对这类复杂地基极限承载力及破坏机理的认识提出更高的要求。采用有限差分方法建立三维数值分析模型,分析强度随深度线性增大的黏性土非均质地基在矩形基础和圆形基础情况下的地基极限承载力和破坏模式。结果表明:黏性土强度不均匀系数越大,地基承载力系数越大;基底粗糙度通过影响土体发生破坏的位置影响地基承载力系数;矩形基础和圆形基础的基础形状系数随着土体强度不均匀系数的增大而减小;数值计算得到的长宽比为10的矩形基础情况下的地基承载力系数与条形基础情况下的地基承载力系数相等。     

圆形浅基础地基承载力的理论解

推导了圆形浅基础地基承载力计算的理论解,并与Vesic的半经验分析结果进行了对比,两者极其相近.从而给出了一种新的圆形浅基础地基承载力计算方法.     

非线性破坏准则下被动土压力的计算

基于采用非线性Mohr-Coulomb破坏准则,提出一个对刚性挡土墙的墙后被动土压力计算方法,分析和确定了滑动面的位置以及此时被动土压力的大小.首先,应用"切线法"引入了变量Ct和φt,然后运用迭代法计算得出对应于不同潜在滑动面上的Ct和φt,再运用广义库仑土压力理论求解被动土压力.其中对应于最大被动土压力的滑动面即为最危险滑动面,此时的被动土压力即为所求.通过与采用线性Mohr-Coulomb破坏准则下的研究比较得出,采用线性Mohr-Coulomb破坏准则计算的被动土压力结果偏大,在实际工程设计中偏于不安全,而采用非线性Mohr-Coulomb破坏准则在确定刚性挡土墙的墙后被动土压力时更加符合实际工程,结果更加准确.     

基于非线性破坏准则的地下连续墙槽壁稳定性能耗分析方法研究

针对地下连续墙成槽施工过程中槽壁坍塌失稳的发生机理和破坏模式尚不明确这一工程问题,利用空间离散技术和极限分析上限定理,构建地下连续墙槽壁土体坍塌失稳的二维离散型破坏机制。通过将Mohr-Coulomb非线性破坏准则引入能耗计算,推导极限状态下地下连续墙槽壁安全系数的上限目标函数,并利用优化计算得到地连墙槽壁安全系数上限解。为了验证理论计算的正确性,采用数值模拟技术结合强度折减法计算地连墙槽壁安全系数数值解,并与上限解进行对比。对比结果表明,上限解和数值解基本一致,说明本文计算得到的安全系数上限解是有效的。在此基础上,对不同参数作用下的槽壁安全系数进行分析。研究结果表明：地连墙槽壁安全系数随土体非线性系数、重度、轴向拉应力的增大而减小,随土体初始黏聚力、泥浆高度、泥浆重度的增大而增大;极限状态下槽壁坍塌范围随着非线性系数的增大而增大,随初始黏聚力的增大而缩减。土体非线性破坏特征对地连墙槽壁的稳定性有重要影响,在地连墙的设计和施工过程中有必要考虑土体的非线性破坏特征。     

基于非线性破坏准则的挡土墙被动土压力上限分析

传统的挡土墙土压力计算基于Mohr-Coulomb线性破坏准则,但大量试验数据表明,土体破坏时最大主应力和最小主应力的关系是非线性的。为此,基于Mohr-Coulomb非线性破坏准则,将挡土墙后填土划分为多个刚性滑块组成的破坏机构,根据极限分析中的上限理论建立容许的速度场。根据岩土实际应力情况,不同边界采用不同的切线强度计算参数,提出一种"多切线法",推导得出挡土墙被动土压力的解析表达式,通过大型数学规划理论优化得到最优上限解。计算结果表明:当非线性破坏准则变为线性破坏准则时,结果与前人成果一致;非线性参数m、超载q、初始黏结力C0对被动土压力有重要影响;与单切线法相比,采用多切线法理论上更加严密,计算结果更接近真实值,具有较高的实用价值。     

非关联流动准则条件下条形锚板抗拔特性上限分析

岩土材料一般并不服从关联流动准则,考虑关联流动准则会显著提高岩土体材料的抗剪特性.基于极限分析上限定理、非线性Mohr-Coulomb破坏准则和非关联流动准则,构建浅埋水平条形锚板抗拔破坏机制,分别计算速度间断面上的内能耗散功率和外力功率,通过虚功率原理建立抗拔力的泛函表达式.采用变分原理得到土体破裂面方程及其正应力分...     

沉井基础竖向承载特性的离心模型试验研究

基于离心模型试验对饱和砂土地基中沉井基础在竖向荷载作用下的承载特性进行研究,初步掌握地基极限承载力随基础埋深和基础宽度变化的规律,并对试验结果进行对比分析,结果表明:(1)基础埋深不大于5 m时,荷载-沉降曲线为陡降型,有明显的拐点出现,可取拐点对应的荷载作为极限承载力;基础埋深不小于10 m时,荷载-沉降曲线为缓变型,未出现明显的拐点,建议取相对沉降量(基础的实测沉降量与基础宽度的比值)对应的荷载作为极限承载力。(2)在均质地基环境中,极限承载力随基础相对埋深的增加近似呈指数型曲线增长。(3)进一步推求沉井基础极限承载力随基础宽度和相对埋深变化的函数表达式,其成果可用于估算砂土地基中沉井基础的地基极限承载力。     

栓钉在斜拉桥索塔锚固区中的试验研究与非线性分析

金塘大桥索塔锚固区采用钢锚梁-钢牛腿新型结构,是该桥设计的关键技术之一.结合连岛工程跨海斜拉桥索塔锚固区的设计,对比介绍栓钉群国内外研究成果,在此基础上设计与实际结构类似的试件模型,对其进行试验研究和空间有限元仿真计算分析,重点研究栓钉的荷载-滑移量关系、抗剪刚度、抗剪承载力及破坏形态等,并将试验值与不同国家规范给出的极限承载力公式计算值进行比较.基于合理的黏结滑移本构关系,提出如何模拟栓钉连接件滑移效应的详细方法,给出栓钉和混凝土黏结的非线性弹簧单元有限元模型.试验结果表明:栓钉连接件满足新型结构的承载要求,试件以栓钉受弯剪破坏为主,具有良好的延性性能,在破坏前有明显的屈服过程.有限元模型具有良好的精度,与试验结果较为吻合.在承载力方面,群钉试验得到的单钉极限承载力比<钢结构设计规范>(GB 50017-2003)公式的计算值平均高32%左右.     

基于SQP优化和上限法的倾斜荷载下条形浅基础极限承载力计算

对均质地基岩土体上条形基础承受倾斜荷载的情况,根据线性破坏准则和相关联流动法则,利用极限分析中的机动法,构建了一个承受倾斜荷载作用的条形浅基础的二维机动许可破坏模式.根据外力功率与内部耗能相等原理获得极限承载力的目标表达式,并把其转化成了一个求含有非线性约束的极限承载力上限解最小值问题计算模型.应用MATLAB软件平台,对建立的计算模型采用序列二次规划法(SQP法)进行了承载力上限解优化求解.研究结果表明:极限上限分析结合优化理论SQP法适用于该问题的求解;荷载的倾斜程度对条形基础地基承载力影响较大;相同计算参数条件下,构造刚性块较少的简单的相容速度场也能够求得较为精确的数值,因而计算的速度和效率也将得到大幅提高;影响参数分析表明,计算参数取值对极限承载力量值具有非线性影响且权重存在差别,将结果与已有文献资料进行了分析比较,所得结果较前人研究成果有一定改进.     

陡坡地基上高填路堤极限承载力研究

结合山区高速公路建设的实践,采用大型室内模型试验,找出了荷载作用下陡坡地基上高填方路堤滑动破坏面出现的位置及形态。通过对路堤边坡稳定性计算的极限分析上限法进行研究,根据折线形滑动面形式建立机动容许速度场,推导计算斜坡地基上高填方路堤稳定性及极限承载力的计算公式。运用此方法对斜坡地基上不同斜坡坡度、不同填土高度、不同路堤宽度以及不同路堤边坡坡度的填方路堤极限承载力进行计算,得出各个因素对其极限承载力的影响。研究结果表明:路堤填筑高度和顶面宽度对其极限承载力的影响最大,其次为斜坡坡度的影响,而路堤边坡坡度对其影响并不显著。建议在斜坡地基上填方路堤的设计与施工过程中综合考虑斜坡坡度、填土高度、路堤宽度、路堤边坡坡度、极限承载力等各种因素的影响,以确保山区高速公路安全畅通。     

带立柱浅基础侧向极限承载力探讨

在分析影响带立柱浅基础倾覆机理和侧向稳定性的基础上,综合考虑桩前土的破坏模式,结合极限分析上限定理,推导了构筑物基础的侧向承载力极限公式。结果表明,公式中通常取n=2或3即可满足要求,应用该公式对相关构筑基础进行分析,针对不同土体的安全系数要求,可以得到其满意的设计结果。本文的研究结果为浅基础侧向承载力的计算提供了一种新的途径。     

油罐地基充水预压处理稳定性分析方法

介绍了一种评判在油罐地基充水预压地基处理中地基稳定性控制方法即应力路径法,并且结合工程实践进行了验证。在p-q,p′-q′平面中,油罐应力路径ESP有效应力路径和TSP总应力路径随着充水荷载增加变化明显,应力路径反映了地基孔隙水压力长消情况和土体应力变化情况,随着充水荷载的增加,油罐地基安全系数逐渐减小,然后又增加,但是充水过程中安全系数Fs均大于1,油罐地基是稳定的,基础中心下安全系数最小值FS=1.09。工程实践结果说明应力路径法在油罐地基充水预压地基处理中控制地基稳定性时,具有简单、直观和高效的优点。     

地铁隧道单个圆形溶洞地基渐进性破坏模型试验研究

根据相似理论,设计平面应变模型试验系统,研究地铁隧道存在单个圆形溶洞时,在注浆压力作用下岩溶地基渐进性破坏特点。试验中采用圆柱形气囊模拟注浆压力。对逐级加载过程中土层压力的变化规律进行研究,并对加载过程中土层的位移进行讨论,绘制顶板破坏时的破裂面图。最后,根据相似系数换算成原型值,得到导致地基失稳破坏的极限荷载。     

浅埋隧道塌方机理上限分析

对浅埋圆形隧道的塌方机制的预测是一项极为复杂的工作。基于Hoek-Brown破坏准则下,运用极限分析原理,对浅埋圆形隧道的破坏机制进行分析。在考虑支护力和孔隙水压力的前提下,对岩体内部进行能量耗散计算分析。推导出塌落面目标方程的参数表达形式。代入不同的参数值,绘制出具体的塌落面形状。分析讨论各参数对潜在的塌落形式的影响。研究结果表明：孔隙水压力系数ru 和参数B增大,塌方范围减小;参数A和σt 增大,塌方范围增大。     

T型管板结点极限承载力分析

采用通用有限元程序ANSYS对T型管板节点进行了非线性有限元计算。基于相关流动法则、VonMises屈服条件和更新的Lagrange构形虚位移原理,对影响T型管板节点极限承载力的4个几何参数,即主管直径、主管壁厚、连接板厚度、连接板长度进行了深入分析。通过归纳、总结了该类结点的3种主要破坏模式:节点板屈服破坏模式、主管壁屈服破坏模式、支管局部屈曲破坏模式。     

基于Hoek-Brown屈服准则的隧道围岩稳定性分析

基于隧道稳定性分析时常常采用Mohr-Coulomb屈服准则,但岩石屈服时服从Hoek-Brown半经验公式屈服准则.在Hoek-Brown屈服准则中引入强度折减法用以研究隧道围岩的整体稳定性,且与基于等效的Mohr-Coulomb屈服准则的强度折减法进行比较.分析结果表明:在不同屈服准则条件下的整体稳定系数、围岩变形特点及潜在破坏面位置大体上是一致的,但也存在一定差异;所得围岩稳定范围可以为锚固支护提供合理的参数以及开挖前的地层加固提供参考.     

复合腔体加固盾构隧道结构承载能力的试验研究

采用足尺试验的方法对复合腔体加固盾构隧道整环极限承载力的力学特性进行研究,试验模拟盾构隧道在上部堆载作用下的静力加载试验,通过分析结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载能力等,总结出复合腔体加固方法作用下的结构力学性能及结构破坏的关键性能点。试验结果表明:复合腔体加固方法可以有效的提高盾构隧道的极限承载能力和刚度。该加固方法具有快速轻型的特点,这将是未来盾构隧道整环加固的一个全新方法。