基于SQP和上限法的非饱和土条形基础极限承载力计算

综合考虑有效内摩擦角、有效黏聚力、基质吸力等非饱和土强度参数以及基底以下基质吸力随埋深增加而变化的工程实际(以水土特征曲线表征),采用多刚性块上限分析法对非饱和土条形基础竖向极限承载力进行研究.假定非饱和土抗剪强度公式是Mohr-Coulomb饱和土抗剪强度公式的延伸,根据线性破坏准则和相关联流动法则,构建一个承受竖向荷载的非饱和土地基承载力二维机动破坏模式.根据外力功率与内部耗能相等原理获得非饱和土地基极限承载力的目标表达式,并把其转化成一个求含有非线性约束的极限承载力上限解最小值计算模型.对建立的计算模型采用序列二次规划法进行优化求解.研究结果表明:非饱和土抗剪强度参数取值对极限承载力量值具有非线性影响;土中基质吸力存在所引起的附加抗剪强度使非饱和土地基承载力较饱和土得到提高;土体内基质吸力分布方式和地下水位高低对条形基础极限承载力影响也较大,地下水位升高导致基质吸力降低,极限承载力减小;非饱和土过渡为饱和土时,同类方法相比本解答是较优上限解.     

一种三维均质土坡滑动面搜索的新方法

通过提出一种新的随机方法生成2条随机曲线:一条为三维滑体滑动方向上与坡面线围成断面尺寸最大的随机母线;另一条为垂直滑动方向上与坡面线围成断面尺寸最大的随机准线.三维滑动面是由准线在母线上移动或母线在准线上移动形成的,这时,形成的三维滑动面容易将滑体划分为n×m个铅垂条块,进而能够方便地实现三维安全系数公式中的土块微分量计算以及三维滑动面图形的生成.在此过程中,针对随机搜索精度不高的问题,通过将随机母线和随机准线用近似母线和近似准线来代替进行改进,通过搜索由近似母线和近似准线形成的任意三维滑动面来找到最危险滑动面.三维均质土坡算例表明:用本文方法计算的安全系数比其他方法计算的小,因而偏于安全,证明了所提方法的有效性.滑体长度对土坡稳定性影响的研究表明:三维边坡的稳定性高于二维边坡,随着滑体长度的增加,三维稳定性趋于二维稳定性;从准线形状分析结果以及母线与二维滑动面的对比分析证明,对于无限长三维均质土坡,其滑动面简化为二维圆弧是可行性的.     

非线性Mohr-Coulomb破坏准则下边坡可靠度上限

传统边坡可靠度分析往往在岩土参数服从线性Mohr-Coulomb(简称线性M-C)破坏准则的假设条件下进行,并且常常采用极限平衡法或有限元法计算安全系数。然而,岩土介质破坏准则具有一定的非线性。为能更加实际地描述岩土破坏机理和得到严格精确的解,基于非线性MohrCoulomb(简称非线性M-C)破坏准则,结合极限分析上限法和蒙特卡洛法,进行边坡可靠度上限分析。当非线性参数m=1时,与等效的线性M-C破坏准则进行对比计算,验证了方法的可行性。同时,将初始粘聚力、内摩擦角arctan(c0/σt)和非线性参数作为随机变量且服从截断正态分布,进行了参数变异性和敏感性影响分析。研究表明:非线性M-C破坏准则下,边坡可靠度随初始粘聚力、内摩擦角arctan(c0/σt)和非线性参数变异性的增大而减小;边坡可靠度随初始粘聚力和内摩擦角arctan(c0/σt)的增大而增大,随非线性参数的增大而减小。     

基于非线性破坏准则和强度折减法的浅埋隧道安全系数上限解

隧道工程中常用的安全系数是一种评估隧道稳定性的有效指标。为了研究非线性破坏准则下浅埋隧道的稳定性,基于已有的直线型多块体破坏机制,采用切线法将非线性破坏准则引入上限定理的能耗计算,结合强度折减法,构建了极限状态下隧道安全系数的目标函数。采用序列二次优化迭代法对此目标函数进行优化,得到了浅埋隧道整体安全系数的上限解,并对不同参数作用下浅埋隧道安全系数的变化规律进行了研究。研究结果表明：非线性系数m对隧道安全系数和极限状态下隧道破坏面的影响十分显著。当其他参数一定时,安全系数随非线性系数m的增大而减小。极限状态下隧道破坏面随m的增大向外扩展,潜在破坏范围增大。     

非线性破坏准则下浅埋隧道掌子面三维被动稳定性能耗分析改进方法

 通过引入圆锥椭圆截交线计算公式,改进浅埋隧道掌子面三维被动破坏多椭圆锥体几何参数的计算方法。基于非线性破坏准则和极限分析上限法,推导浅埋隧道掌子面三维被动支护力的上限表达式,并进一步采用非线性规划程序优化计算获得了极限支护力最优上限解。通过对比分析,验证本文方法的可靠性;同时分析非线性抗剪强度参数对被动破坏极限支护力和破坏模式的影响,并绘制相应的破坏模式图。研究表明：被动破坏极限支护力与地面超载?s及地层容重?大致呈线性变化,而与非线性参数m、量纲一化的参数c0/?t及超负荷比C/D呈非线性变化;非线性参数m、量纲一化的参数c0/?t和超负荷比C/D对破坏模式影响显著,而地面超载?s对破坏模式影响则较小。研究成果为隧道掌子面稳定性分析提供一种新思路,进一步完善了隧道掌子面稳定性评价体系。     

考虑隧底隆起斜坡段浅埋隧道稳定性上限分析

采用极限分析上限法,基于内外能耗守恒原理,通过构建考虑隧底隆起的斜坡地段浅埋隧道破坏模式,推导出围岩压力的计算式,并通过典型算例重点分析了典型因素对隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:基于泰沙基极限平衡法进行隧道围岩支护设计较为保守,不考虑隧底隆起的极限分析方法次之考虑隧底隆起极限分析方法的风险最大;斜坡地表倾角增大对浅埋隧道稳定性有着不可忽视的不利影响;围岩压力随岩土侧压力系数减小、埋深增大、断面尺寸加大而增大;岩土黏聚力增大、内摩擦角增大对提高浅埋隧道围岩稳定性有积极作用。     

黏土不排水条件下浅埋隧道稳定性上限有限元分析

黏土地层不排水条件下浅埋隧道稳定性分析和地层破坏模式的研究对于设计、施工以及理论进展具有重要意义.基于现有极限分析上限有限元理论,采用三角形常应变率单元离散计算区域,且在所有单元之间均设置速度间断线,并将莫尔-库仑屈服准则利用外接多边形进行线性化处理,以形成线性规划模型.利用Matlab编制上限有限元计算程序.通过对黏性土地层不排水条件下浅埋隧道稳定性模型进行网格单元划分,采用上限有限元得到较优的隧道稳定性系数计算值,并与已有文献进行对比分析,验证计算结果的可靠性.同时,分析塑性流动破坏发生时,黏土地层不排水条件下浅埋隧道破坏模式的具体形态特征.对隧道稳定性系数的影响因素进行讨论,并分析参数取值不同时,地层破坏模式形态的演变规律.     

Boussinesq equation-based model for flow in drainage layer of highway

In order to study the water flow in the drainage layer of highway under steady-state condition,one-dimensional (1D) Boussinesq equation-based model with Dupuit-Forchheimer assumption was established an...     

Engineering behaviors of reinforced gabion retaining wall based on laboratory test

In order to study the engineering behaviors of reinforced gabion retaining wall, laboratory model test was carried out. Cyclic load and unload of five levels (0–50, 0–100, 0–50, 0–200 and 0–250 kPa) were imposed. Vertical earth pressure, lateral earth pressure, deformation behaviors of reinforcements, potential failure surface and deformation behaviors of wall face were studied. Results show that vertical earth pressure is less than theoretical value, the ratio of vertical earth pressure to theoretical value increases nearly linearly with increasing load, and the correlation coefficient of regression equation is 0.92 for the second layer and 0.79 for the fifth layer. The distribution of lateral earth pressure along the wall back is nonlinear and it is less than theoretical value especially when the load imposed at the top of retaining wall is large. Therefore, reinforced gabion retaining wall will be in great safety when current method is adopted. The deformation behaviors of reinforcements both in the third layer and the fifth layer are single-peak distributions, and the position of the maximum strain is behind that determined by 0.3H (Here H refers to the height of retaining wall) method or Rankine theory. Lateral deformation of wall face increases with increasing load, and the largest lateral deformation occurs in the fourth layer, which lead to a bulging in the middle of wall face.