被动桩中土拱效应特征与影响参数研究

采用平面有限元方法,对被动桩在粘性、无粘性土体条件下的土拱形成机理进行了分析。从土拱效应的4个主要方面:土拱形状、桩周土体塑性(拉裂)区的分布、竖向位移等值线及桩后土体残余荷载分担比,探讨了改变桩、土参数,如粘聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比、剪胀角、桩土接触面特性时,土拱效应的变化规律。研究表明,土性不同时,土拱形成过程中土体的受力和破坏形式不同;泊松比、剪胀角、桩土接触特征对土拱效应的影响最明显;强度高、剪胀角大、桩土接触面粗糙或泊松比小的土体,易形成土拱。根据研究结果,指出Tom io Ito排桩塑性绕流土压力理论计算公式尚存不足。     

基于水平土拱效应的桩间挡土板土压力计算研究

基于``平板开缝-装配-焊接'工艺制备了以高聚物为基体的Kagome等蜂窝结构,并开展 了Kagome, 正三角形和菱形蜂窝结构的面内准静态压缩力学行为实验研究,实验过程中应用 CCD图像采集系统和图像相关法对试件进行了全场位移监测. 另外对比传统正六边形蜂窝, 采用数值分析技术,模拟了低速冲击下不同蜂窝结构坍塌行为. 实验结果和数值模拟均 揭示了在材料用量和结构尺寸完全相同的情况下,Kagome蜂窝结构的面内能量吸收性能优于 其它3种蜂窝结构,并发现了Kagome蜂窝压缩变形时所特有的局部蜂窝旋转变形. 研究结果 表明改变蜂窝形状和周期性排布会对蜂窝结构整体的变形模式以及能量吸收性能产生较大的 影响.     

堆载下被动桩与土体相互作用的FLAC三维分析

被动桩问题是近年来岩土工程领域的一个研究热点,但是对于堆载下桩、土之间复杂的相互作用一直缺乏系统的三维分析。本文采用FLAC3D建立了有限差分模型,对单排桩三维工作性状进行分析,重点研究堆载条件、桩身刚度及土层分布对桩身位移和桩侧土压力的影响情况,并籍此对软土地基的桩、土共同作用机理加以阐述,得出一些有益结论。分析表明,软土地基中桩侧土压力的分布可简化为线性模式,本文对此进行了线性拟合。     

从深基坑护壁桩桩身弯矩分析桩侧土压力

根据某高层建筑深基坑护壁桩从实测钢筋应力求得的桩身变矩,用数值分析的方法,对桩侧土压力的分布和大小进行了反分析,所得结果与经典土压力理论有显差别,中用土拱的概念对桩侧土压力的分布进行了解释,并给出了桩侧土压力建议图式。     

土体主动滑动场及主动土压力的计算

将边坡临界滑动场方法进行推广与改进,提出挡土结构中的土体主动滑动场的数值模拟方法,并得到相应的主动土压力分布。数值计算结果表明,本文方法精度高,与现有的解析解一致;且可方便地考虑挡墙面的摩擦作用、土体的不均匀分布以及复杂的外载组合,值得推广应用于工程设计。     

考虑塔形滑移面的浅埋隧道松动土压力研究

以不完全拱效应为基础,对浅埋隧道松动土压力展开研究。与Terzaghi土拱效应理论的垂直滑移面不同,本文综合考虑国内外对滑移面形式的研究,采用塔形滑移面计算模型,同时考虑主应力旋转角的分布特征,给出松动区内大主应力与水平面夹角分布公式,改进了浅埋隧道松动土压力的计算方法;将塔形滑移面间松动土体侧向土压力系数定义为滑移面上法向应力与平均竖向应力之比,并给出计算表达式;建立出主应力转角与隧道顶部位移的数量关系,进而得到不同拱顶沉降允许值下的平均竖向应力计算方法。将本文松动土压力计算公式同国内外学者提出的计算方法对比,结果相吻合,验证了本文公式的合理性。对公式中主要影响参数(侧向土压力系数、隧道宽高比、相对变形量、滑移面倾角)进行了分析,结果表明:竖向应力?v随着深度z的增加而增加,土拱效应的发挥程度也随着深度z的增加而增大,但其增速逐渐放缓,当达到某一深度(土拱效应完全发挥)后,随着深度z的增加?v趋向于定值;侧向土压力系数K随着土体内摩擦角φ及滑移面倾角α的增大而减小;在一定范围内,随着隧道宽高比B0/h的增大以及相对变形量λ的减小,其表面的竖向应力随之增大。因此,适当的增大浅埋隧道顶部...     

土体主动滑动场与主动土压力的计算

将边坡临界滑动场方法进行推广与改进,提出挡土结构中的土体主动滑动场的数值模拟方法,并得到相应的主动土压力分布。数值计算结果表明,本文方法精度高,与现有的解析解一致;且可方便地考虑挡墙面的摩擦作用、土体的不均匀分布以及复杂的外载组合,值得推广应用于工程设计。     

基于土拱效应的抗滑桩与护壁桩的桩间距分析

抗滑桩与护壁桩分别在滑坡治理和基坑支护中发挥着巨大的作用 ,其实施正是利用了土中的成拱效应 ,然而传统桩的设计虽考虑土拱效应的存在 ,但桩间距确定理论与方法并未建立起来。本文首先基于土体的极限平衡条件对滑坡推力作用下的土体中的成拱作用进行研究 ,得出了抗滑桩的最大桩间距公式 ,并以某一具体工程为例 ,对该最大桩间距的物理意义和可用性进行了讨论。在此基础上 ,给出了在考虑土拱效应的情况下合理桩间距的确定方法 ,并以此为据 ,对边坡加固设计提出一些建议.     

考虑土体损伤的挤土效应计算探讨

摘 要：圆孔扩张理论应用于静压桩沉桩、搅拌桩成桩过程周围土体的应力和变形分析,取得了一定的成果,但其理论分析结果和实验结果仍存在一定的偏差,主要原因在于理论推导时未考虑桩周一定范围内的土体受施工因素影响而产生的损伤。为更有效地发挥圆孔扩张理论在指导桩基施工中的作用,本文通过构造桩周土体粘聚力变化的表达式来考虑施工造成的土体损伤,基于连续介质力学的原理,依据边界条件确定了表达式中的土体损伤因子,得到了能够反映造成土体损伤主要因素的土体粘聚力变化表达式。基于圆孔扩张理论,并引入土体损伤因子,通过平衡微分方程的迭代计算,分析了成桩过程中的土体塑性区半径及应力分布,发现考虑土体损伤时,塑性区范围相对较大且应力的变化会相对较缓。通过不考虑损伤和考虑损伤的分析结果与既有理论的计算结果对比分析,表明本文提出的考虑土体损伤的分析方法简单合理,为精细化分析桩基施工对地基的影响提供了新方法。     

临近复合地基侧向土压力模型试验方案设计研究1)

为了研究刚性桩复合地基对邻近支护结构侧土压力的影响,在室内模型试验方案设计前,通过有限元软件建立了邻近天然地基与复合地基模型进行数值模拟研究,对不同地基形式下静止挡墙侧土压力分布规律进行预估。两组数值模拟结果对比表明：复合地基土压力分布规律不同于天然地基,当复合地基褥垫层下方桩间土应力与天然地基土应力相同时,天然地基对挡墙相同位置处的墙侧土压力的附加作用效果要明显大于复合地基,但在"载荷传递效应"作用下,复合地基对挡墙侧向土压力的影响随着加载量的增加,逐步向更深处土体传递;与天然地基相比,复合地基对挡墙侧向土压力的影响在浅部土层相对较弱,但在深部土层中较强,并且在桩端应力集中对挡墙底部侧向土压力影响尤为显著。     

弹性地基上HDAJ接头桩的非线性稳定性分析

本文采用弧坐标首先建立了弹性地基中受轴向载荷作用的高柔性抗震拼接头桩(High Ductility Aseis-matic Joint Spliced Pile)的非线性数学模型,并假定土(基础)对桩基的反作用力服从Winkler模型;在此基础上对该模型进行了线性化,并得到HDAJ接头桩的临界载荷。最后根据分叉理论的观点和方法,讨论了HDAJ接头桩在临界载荷处的稳定性问题。研究结果表明HDAJ接头桩在临界载荷附近必发生分叉,且分叉解是唯一的,稳定的,并且给出了分叉解的渐近表达式。物理上,这表示HDAJ接头桩的平衡构形在临界载荷处必然发生改变,并且从一个稳定的平衡构形变化到另一个稳定的平衡构形。同时考察了土的液化对临界载荷的影响,说明液化的影响是非常明显的。当考虑土的液化时,桩基的临界载荷低于不考虑土的液化时桩基的临界载荷。     

桩-土接触效应及对桥梁结构地震反应的影响

目前有关涉及桥梁桩基础地震反应的研究大多是基于桩与桩侧土体之间无相对滑动、位移保持协调的假定。本文针对地震作用下桥梁桩基础的接触面效应及其对结构地震反应的影响问题,以某桥梁工程为背景,通过在桩-土交界面处设置接触单元来模拟桩-土间的接触非线性,建立了土-桩-桥梁结构相互作用体系的三维分析模型。利用这一模型,分析了地震作用下桩-土交界面处的动力反应形态,探讨了桩-土间的接触非线性及其对桥梁结构地震反应的影响。初步分析结果表明：在强震作用下,桩-土间会产生较强的接触非线性,在本文模型中,这种非线性主要表现为桩-土交界面处的滑移;考虑桩-土间的接触面效应将使结构的位移反应结果较基于桩-土间位移协调的情形有所增大。     

土-桩-结构相互作用体系随机地震反应分析

本文采用随机振动理论与有限元技术相结合的方法，以基岩随机地震作为输入，对群桩基础和土-桩-结构相互作用体系进行了三维随机地震反应分析。文中首先以一3X3群桩基础作为分析模型，探讨了桩-土-桩动力相互作用对承台随机地震反应的影响；然后，用单自由度体系模拟上部结构，分析了上部结构惯性对桩基承台随机地震反应的影响。在此基础上，以某桥桥墩为背景，用多自由度体系模拟上部结构，建立了土-桩-结构相互作用体系的三维分析模型，获得了桩基承台的功率谱响应、以及桩顶处的主应力标准差和主应力速率标准差等结果，探讨了群桩顶部各桩主应力标准差的分布规律，得到了一些有应用价值的结果。     

车载系统主被动联合振动控制研究

针对车载系统行进过程中产生的结构振动,提出被动隔振和主动减振相结合的方法对结构弹性振动和刚体振动进行抑制．一方面,针对结构弹性振动,在车载结构和车体之间安装隔振装置,选择合适的隔振器参数,对车载结构的弹性振动进行隔离．另一方面,结合刚体振动抑制的需求,进一步研究小阻尼隔振器带来的结构低频刚体振动．对隔振器和车载结构形成的新系统采用主动控制方法设计最优控制器,对这一类过驱动控制系统进行主动控制研究．通过主被动控制结合,实现车载结构全频段范围内的振动抑制,能够将系统刚体振动的位移均方根值抑制到无控制时的5%以下．     

湿陷性黄土中单桩负摩阻力时效性研究

桩侧负摩阻力问题广泛存在于桩基工程中，由于湿陷性黄土浸水沉降过程缓慢，桩基负摩阻力具有明显的时效性．笔者首先探讨了黄土的湿陷以及负摩阻力产生的机理，重点研究了桩和土的相对位移与时间的关系，引入荷载传递模型，推导出桩侧负摩阻力与时间的关系．通过计算表明，单桩的负摩阻力随时间的增长而增大，但增长速率逐渐减小，最终负摩阻力将趋于一个稳定值．该计算结果能够很好的体现湿陷性黄土中单桩负摩阻力的时效性，并对湿陷性黄土中桩基础的施工具有很好的指导意义．     

Effect of Rainfall-Induced Soil Seals on the Soil Water Regime: Drying Interval and Subsequent Wetting

The effects of rainfall-induced soil seals on drying processes and on infiltration following drying intervals are simulated for two different soils, a loam and a sandy loam. The simulated drying processes include water content redistribution without evaporation and under a constant evaporation rate of 5 mm day^–1. During evaporation, the water content at the seal surface decreases rapidly. A high water content gradient develops within the seal, which increases along the drying interval. It indicates that, at least during the first hours of drying, the seal layer fulfilled all the evaporation demand and therefore dries faster that an unsealed soil where the evaporation is supplied by a much deeper zone of the soil profile. This phenomenon is more accentuated in the loam than in the sandy loam soil. Considering the subsequent infiltration curves during rainfall following different drying intervals, the ponding time and the post-ponding infiltration rates increase when the antecedent drying period is longer, but no significant effect on the final infiltration is found following drying intervals of few days. Also, the water content at the sealed soil surface before rainfall seems to play a major role on infiltration. Very close infiltration curves were obtained after different drying intervals that ended with similar surface water content.     

冲击荷载下饱和软粘土孔压增长与消散规律的一维模型试验

一般认为，饱和软粘土地基不宜或应慎重采用强夯法加固。冲击荷载作用下，孔压的增长与消散规律是研究强夯法加固饱和软粘土地基的基础与理论支持，本文就此问题进行了冲击荷载作用下饱和软粘土孔压增长与消散规律的一维模型试验，从试验和初步机理分析的角度来获得一些看法。试验中考虑了不同击数N和不同冲击能WH的影响，得出了一些有益的结果。     

应力脉冲在SHPB实验中弥散效应的数值模拟与频谱分析

在评判不同材料的整形器对加载波形的改进效果的应用背景下,对比研究了不同形态的应力脉冲在霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)中的弥散效应。利用有限元软件LS-DYNA建立了杆件的三维有限元模型,在杆端分别施加矩形、三角形和半正弦形的应力脉冲,分析了波形振荡、前沿升时和应力峰值随传播距离的变化规律,并运用频谱分析的方法进行了理论解释。结果表明:三角应力脉冲和半正弦应力脉冲在各个方面都比传统的矩形应力脉冲表现出了更小的弥散效应;半正弦应力脉冲在传播过程中比三角应力脉冲更能控制其形态,能有效地减少弥散效应,提高Φ100mm SHPB实验精度,是岩石类非均质材料的理想加载波形;频谱分析的方法能从理论方面有效地解释应力脉冲信号在SHPB实验中的弥散现象。由此可见,波形整形设计的理想目标为具有较宽历时的半正弦应力脉冲。     

DNS and Modelling of Passive Scalar Transport in Turbulent Channel Flow with a Focus on Scalar Dissipation Rate Modelling

A direct numerical simulation of turbulent channel flow with an imposed mean scalar gradient is analyzed with a focus on passive scalar flux modelling and in particular the treatment of the passive scalar dissipation equation. The Prandtl number is 0.71 and the Reynolds number based on the wall friction velocity and the channel half width is 265. Budgets are presented for the passive scalar variance and its dissipation rate, as well as for the individual scalar flux components. These form a basis for a discussion of modelling issues related to explicit algebraic scalar flux modelling. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.