超大直径空心变阶桩沉降算法研究及应用实例

本文研究了超大直径空心变阶桩的沉降计算方法。基于弹性半空间Mindlin 解,通过考虑由桩侧摩擦力,桩身变阶处环状带的反力以及桩底反力三者共同作用引起的沉降,建立了超大直径空心变阶桩的沉降计算方法,将其与吉衡铁路深圳大桥超大直径空心变阶桩的沉降监测数据进行对比验证,结果表明:由理论方法计算得到的超大直径空心变阶桩的沉降值与实际监测数据吻合较好。在此基础上总结得到超大直径空心变阶桩桩周土应力扩散角g近似等于土体内摩擦角,应力扩散区域内的土体随着桩身一起发生沉降,并且桩周土的沉降分布近似呈对数形式,沉降值随沉降计算点距桩截面中心距离的增大而减小。     

基于非局部Biot理论下饱和土中深埋圆柱形衬砌对平面弹性波的散射

基于Biot饱和多孔介质理论和非局部弹性理论,构建了非局部Biot运动方程及本构方程。利用波函数展开法及饱和土与衬砌边界连续条件和衬砌内边界自由边界条件,求解了饱和土体中圆柱形衬砌对平面波散射问题的解析解。并通过将该解退化为单相介质中及经典Biot理论下衬砌对平面P波散射稳态解,验证了计算结果的正确性。研究结果表明,衬砌内边界及外边界动应力集中因子均随非局部因子的增大而减小;隧道内边界动应力集中因子分布曲线随非局部因子的减小而扩大;当入射波频率大于0.045 MHz时,饱和土中空隙尺寸及空隙动力的影响将不可忽略;非局部因子一定时,衬砌外径与内径比越大则衬砌内边界动应力集中因子越大,且当衬砌较薄时,衬砌内边界动应力集中因子可能产生负值。     

基坑相邻地铁隧道变形与应力控制措施

基坑开挖对周边环境的影响已经成为很普遍的现象,如何在设计和施工中采取相应措施来保证在建和已有工程的安全成为关键部分。本文针对某邻近已建隧道的基坑,运用有限元软件plaxis对其施工对隧道的影响进行了数值分析研究。分析结果表明采取加强有关围护结构刚度以及分块对称开挖等措施能显著控制已建隧道的变形,通过和常规设计施工方法比较研究,证明了该工程的设计和施工能够保证已建隧道的安全,同时说明在基坑开挖前对其对邻近的地下建筑物的影响进行预研是十分必要的。     

任意荷载下成层弹性地基的一维固结

针对成层弹性地基模型，运用Ｌａｐｌａｃｅ变换及矩阵传递法求解了任意荷载下成层弹性地基一维固结问题，得到了频域内的通解，通过Ｌａｐｌａｃｅ逆变换，即可计算成层弹性地基在任意荷载下的一维团结。经典的Ｔｅｒｚａｈｉ一维固结理论解是一个特例。此外，结合三层的地基算例，对解进行了探讨，揭示了成层弹性地基的固结特性。     

瞬态扭矩作用下横观各向同性饱和地基的响应

通过Laplace-Hankel联合变换技术求解了横观各向同性饱和地基在瞬态扭转荷载作用下的动力方程，结合冲击荷载的具体分布形式，给出了地基内位移和剪应力在积分变换域内的解;通过Laplace Hankel逆变换给出了位移和剪应力的积分形式解.数值算例考虑了作用于地基表面圆形区域的荷载分别为线性分布和静刚性分布两种情况，分析了地基内的最大切向位移和最大剪应力沿径向和竖向的变化规律.数值研究表明,冲击剪应力的分布形式对地基内最大位移和剪应力的变化规律影响不大，土体的渗透系数对瞬态扭转荷载作用下地基的动力响应影响不明显，而地基的各项异性程度指标对最大切向位移和最大剪应力都有很大的影响.     

基坑底部土体裙边加固模型试验与数值模拟研究

为研究基坑底部土体裙边加固对基坑变形和内力的影响,分别对未进行坑底加固和采用坑底裙边加固2种工况进行模型试验。在填土过程中预先浇筑加固土体,实现坑底土体加固。在基坑开挖过程中对地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力进行监测。用有限元软件Abaqus对模型试验进行拓展,将基坑变形的计算结果进行极差分析。研究表明,对坑底土体采用裙边加固,可以有效地减小支护结构的侧向位移;坑顶地表沉降虽有减小,但效果不明显;桩身弯矩略小于未进行坑底加固的工况;土体开挖,桩随着坑底下某一点发生转动,造成桩上半部分土压力减小,桩底处土压力增大;裙边加固尺寸中深度相较于宽度对基坑的变形影响更大;土体加固深度与宽度超过一定范围,控制基坑变形的效果有所提高但不明显,加固深度宜取0.3~0.4倍的开挖深度,宽度宜取0.35~0.45倍的开挖深度。     

上覆弹性土层横观各向同性饱和地基竖向振动分析

针对上覆弹性土层横观各向同性饱和地基，采用半解析半数值的方法研究了其竖向振动问题．利用Hankel积分变换分别求解了横观各向同性弹性介质和饱和介质的动力控制方程，结合边界条件给出了谐和荷载作用下上覆弹性土层横观各向同性饱和地基表面位移积分形式解．采取数值Hankel逆变换结合数值算例，讨论了上覆弹性土层厚度、弹性土和饱和土各向异性对地基竖向振幅的影响．结果表明，地表竖向振幅随着上覆弹性土层及饱和土体弹性各向异性参数的增大而减少，而饱和土体渗透系数各向异性对地表竖向振幅的影响不大．     

非线性成层地基下基岩平稳地震动输入

采用二次反演计算基岩的平稳地震动输入。首先根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2001）的地震影响系数曲线，利用加速度峰值等效原则迭代计算得到地面加速度平稳功率谱密度；然后通过等价线性化法计算地基各土层的剪切模量和阻尼比，将地面加速度平稳功率谱密度作为地面边界上的虚拟稳态输入，运用半无限长剪切梁上的一维波动方程，通过非线性迭代分析求得非线性分层地基下基岩的加速度平稳功率谱密度。该方法可为缺乏地面或基岩地震加速度记录资料的地区的堤坝等大型上部结构及隧道、管道等建筑物的随机地震响应分析提供较为可靠准确的基岩地震动输入，并可得到地基中不同深度的加速度、剪应变等动力响应的稳态峰值期望值，为应用随机理论进行工程抗震计算提供了依据。     

成层Gibson地基半透水边界一维固结解

针对成层Gibson地基模型，研究了半透水边界饱和土层在各种荷载作用下有效应力以及沉降的变化，运用Laplace变换求得了频域内有效应力在任意荷载作用下的解，并结合数值Laplace逆变换，对几种常见的荷载作用下的固结进行了讨论，通过具体算例研究了各土性参数对固结的影响。在实际工程计算中，应根据土层和垫层的具体情况，确定边界条件属于完全透水、半透水或不透水，从而得到更为准确的结果，循环荷载作用下成层Gibson地基固结，其有效应力和变形都呈振荡增长，由于水的存在，两者的变化步调不与荷载同步，这一点与弹性单相介质在循环荷载作用下的规律不同，对于双面排水地基，靠近土层上下表面处应力振荡幅值较大，滞后时间较小；本文计算模型中假设压缩模量只随深度变化，不随时间变化，因此有效应力及变形振荡较大，而实际工程中，由于压缩模量随加载过程的顺延有增长趋势，故可以想像随时间增长，时间有效应力和变形的振荡幅度将减小。     

周期荷载作用下成层饱和地基二维稳态响应

为了研究动力作用下饱和地基的动力固结问题,根据Biot平面动力固结方程,运用积分变换和矩阵传递的方法,建立了周期荷载作用下单层和多层地基的二维Biot动力固结的函数表达式.根据下边界为不透水基岩的边界条件,获得了地基表面作用周期荷载时任意层内任意点应力(包括孔压)、位移(包括流体流量)的一般积分形式解.并根据算例,研究了在周期荷载作用下地基的位移、应力、孔压变化的一般规律.算例表明,由于地基中波的反射、干涉,在水平向和竖直向各个物理量会出现多个极值的现象,远异于静力固结.