考虑多失效模式的桩-土结构体系稳健性设计

针对桩基础设计中岩土参数和荷载的不确定性,首先,提出考虑多失效模式的桩-土结构体系的稳健性设计(RGD)方法,综合分析单桩竖向承载能力极限状态(ULS)、竖向正常使用极限状态(SLS)、水平强度失效和水平变形失效4种失效模式;其次,采用蒙特卡罗模拟(MCS)法和点估计法(PEM)嵌套的方法计算桩-土结构体系的失效概率均值和标准差,以失效概率标准差作为衡量结构稳健性的指标;最后,以稳健性和经济成本作为优化目标,确定单桩的最优设计。结果表明:多失效模式下,不同的单桩设计尺寸,起决定作用的失效模式不同;随着单桩设计几何尺寸的增加,桩-土结构体系的主控失效模式逐渐由桩水平强度控制转为由竖向正常使用极限状态控制;主控失效模式的变化,对结构体系的失效概率变化梯度影响较大。     

素土挤密桩处理超高填方下深厚湿陷性黄土地基的试验研究

以某民用机场工程为背景,选取该机场拟建场区85 m黄土高填方所在位置作为试验区,开展素土挤密桩处理地基的试验研究.采用桩体动力触探试验、桩问土室内土工试验及现场载荷试验对处理后的地基进行检测,分析了各小区试验前后土体孔隙比、干密度、压缩模量、动力触探击数等物理力学参数的变化规律,得到了处理后的土体变形模量、地基承载力特征值及其对应沉降量.结果表明,采用素土挤密桩处理后湿陷性黄土地基桩体密实性较好,单桩承载力特征值较低,只有70～75 kPa,而单桩复合地基承载力特征值为240 kPa,与本区黄土承载力特征值相比有较大提高.处理后的地基土层干密度、孔隙比与处理前的平均参考值相比,基本没有变化,而压缩模量增幅较大,桩间土的湿陷性消除.桩间距越小,地基土的处理效果越佳,但处理效果受桩间距影响不显著.研究表明,采用冲击沉管或振动沉管工艺施工素土挤密桩,抱管及塌孔现象严重,工效不佳.施工工艺及参数应根据工程特点合理选择,才能同时满足地基承载力及施工工效的要求.     

扣件式钢管模板支架稳定承载力修正系数研究

通过分析6种单榀试验模型得出扣件式钢管模板支架的稳定承载力修正系数.利用有限元软件ANSYS对单榀试验模型进行模拟,分别得到扣件式钢管模板支架节点为完全刚性和半刚性的稳定承载力,进而得到由有限元计算所得稳定承载力修正系数.试验所得的稳定承载力修正系数和有限元计算所得的修正系数具有较好的一致性.因此,采用稳定承载力修正系数,能够较方便地得出扣件式钢管模板支架节点为完全刚性和半刚性的稳定承载力之间的关系.     

降雨条件下特高压输电线路基础安全稳定性研究

为解决降雨影响特高压(UHV)输电线路杆塔基础的抗拔承载性能及安全稳定性问题,以现场试验获取的荷载-位移数据曲线和室内试验得到的土体参数为基础,根据饱和-非饱和土统一的渗流方程和抗剪强度方程,建立理论模型,并进行数值计算分析,得到与基础抗拔现场试验结果相吻合的数值计算结果;基于验证的理论模型,在不同降雨条件下,分析非饱和-饱和渗流场的演化特征、地基土体塑性区的发展以及基础抗拔承载性能的变化特征。结果表明:在降雨条件下,极限承载力在渗埋比相同的情况下与基础深径比相关,基础深径比变小,极限承载力会发生显著衰减,基础的安全稳定性变差。     

盾构切削桩引起的桩基承载特性变化及可行性研究*

为分析兰州地铁盾构隧道穿越既有桥梁工程方案的可行性,采用有限元数值模拟,研究盾构施工切削桩引起的桩基承载特性变化,分析盾构切削桩基前后桩体轴力、侧摩阻力和弯矩变化,探讨地表及桩基的位移变化。结果表明:直接切削桩将导致桩顶荷载重分布,隧道两侧1,4号桩桩顶荷载增大且增大19.3%~26.7%,而切断桩荷载减小且减小25.5%~29.2%;桩土相对位移随着盾构掘进而增大,促使基桩侧摩阻力的发挥整体呈增强趋势;各基桩弯矩均增大,致使桩基在桩顶以下4 m及隧道中心平面附近存在2个不利截面,各基桩最大弯矩增大2.0~5.2倍;直接切削桩将导致地表、基桩沉降激增,从而导致水平位移增大,致使承台由初始受力状态时的整体沉降变为挠曲变形为主,最大相对沉降达到5.01 mm,超过控制限值。可见,直接切削桩对既有桥梁桩基的承载特性影响显著,此方案不可行,应在盾构施工前采取加固措施。该研究结果可为类似工程提供参考。     

变截面门式刚架结构极限承载力分析

采用变截面薄腹构件是门式刚架结构轻型化的主要措施之一。如何利用变截面薄腹构件的腹板屈曲后强度并同时保证构件乃至结构的安全度始终是门式刚架结构工程设计的重要内容。根据有效宽度法的基本思想,提出了相关屈曲系数概念,在变截面H钢构件双重非线性数值分析基础上获得的局部屈曲荷载拟合公式,应用于变宽度楔形腹板的有效宽度简化计算公式当中。应用改进后的有效宽度法,进行了变截面门式刚架结构考虑构件局部屈曲影响的极限承载力分析,探讨了腹板平均宽厚比、腹板楔率对结构极限承载力的影响,提出了对变截面门式刚架结构优化设计的工程建议,并具有工程指导意义。     

砂卵石地层桩锚支护结构稳定性实例研究

在城市中进行深基坑开挖,其稳定性至关重要。为研究砂卵石地层深基坑开挖过程中桩锚支护结构的稳定性问题,采用FLAC3D对其进行了三维模型计算分析,分析了不同开挖阶段桩锚支护体系的变形特性,以及基坑土体位移的变化情况,并与实测结果进行比较,研究了土体压力、桩体内力、锚索拉力与桩体水平位移的关系。结果表明：砂卵石地层在一定深度处存在＂自立拱＂效应,同时,可以对锚索进行有效的锚固,从而对桩体内力、变形起到有效的控制作用,保证基坑的稳定性。数值分析与实测结果相吻合,说明数值计算模型合理,结果可靠。     

微型桩锚固深度对边坡稳定性及桩身内力的影响

采用数值分析方法,对不同锚固深度组合方案下微型桩加固土坡的稳定性进行耦合分析,系统研究微型桩锚固深度对边坡稳定性和微型桩桩身内力的影响。结果表明:耦合作用下,均质土坡的安全系数与微型桩锚固深度关系密切,前排和后排微型桩最优锚固深度分别为滑面以上自由段长度的1.5倍和2.0倍;锚固深度的改变影响微型桩桩身内力分布,前排微型桩和后排微型桩均在最优锚固深度下,桩身弯矩和剪力无明显差别。因此得出结论,当一个微型桩锚固深度大于最优锚固深度、而另一个微型桩锚固深度等于最优锚固深度时,边坡失稳模式为微型桩的弯曲破坏。边坡加固工程中采用合理的微型桩锚固深度能够在确保加固效果的同时减少工程投资。     

龙门吊移动荷载对地铁车站深基坑变形的影响

青岛地铁苗岭路站是在土岩组合地层下开挖的狭长型换乘车站,深基坑两侧既有建筑物众多且临近基坑,施工中采用龙门吊运输材料。为探究龙门吊移动荷载作用下基坑围护结构和土体的空间变形规律,建立三维有限元数值模型,对比分析了加载前后基坑围护桩侧移变形和坑外地表沉降,并探讨了起吊物与边跨的距离对基坑变形的影响。结果表明:龙门吊移动荷载作用下基坑产生明显的动态响应;围护桩桩体侧移变形比竖向变形响应明显且沿深度有所不同,嵌岩点处侧移响应最明显,土岩交界面处响应最小;受基坑阴角效应的影响,动载作用下角隅处土体沉降变形保持不变,坑外土体最大变形位置由距坑边2 m处转移至基坑边;起吊物的移动在基坑边产生明显的变形动态响应区域,随着起吊物远离边跨,桩周土体的沉降量逐渐减小,动态响应区域向远离坑角方向增大;加强冠梁连接、适当增大阴角处桩间距或减少锚杆施作可以保证基坑的稳定性,经济有效。     

基于正交试验砂土地层基坑稳定性参数敏感性分析*

为提高砂土地层中基坑开挖工程参数设计的合理性,确保基坑开挖的稳定和安全,采用正交试验方法研究在砂土层中基坑深度、地下水位、围护结构插入比、土体加固系数、钢支撑数量和支挡强度共同作用下对支挡水平位移、地表沉降值和坑底隆起值等基坑稳定性指标的影响,通过对试验结果的分析确定各因素对指标影响大小的排序,由进一步方差和参数敏感性分析得出各因素对基坑稳定性作用大小的排序。结果表明:各因素对支挡水平位移、地表沉降值和坑底隆起值3个基坑稳定性指标的影响主次分别为:基坑深度>地下水位>支挡强度>钢支撑数量>土体加固系数>插入比;基坑深度>地下水位>支挡强度>土体加固系数>钢支撑数量>插入比;基坑深度>地下水位>插入比>支挡强度>土体加固系数>钢支撑数量;对基坑稳定性按作用程度由大至小排序为:基坑深度>地下水位>支挡强度>插入比>土体加固系数>钢支撑数量。     

杉木短柱高温烘烤后残余承载力研究

为了研究杉木短柱在高温后残余承载力,制作了一批构件,进行了高温烘烤和轴心压缩试验。通过对试验结果进行分析,研究杉木短柱炭化速度和压缩性能变化规律,探讨烘烤温度、防火漆对杉木短柱炭化速度、残余承载力的影响。试验表明,杉木短柱炭化速度随着烘烤温度的增加而增加,高温后杉木短柱的压缩曲线分为弹塑性阶段和破坏下降阶段,当荷载达到极限荷载后,曲线出现明显的下降段而发生破坏;杉木短柱残余承载力随温度升高而降低;木材防火漆能改善杉木短柱的耐火性能,降低其炭化速度和提高残余承载力。采用剩余截面法计算高温烘烤后的杉木短柱残余承载力,理论公式与实验值基本吻合。     

预应力预制叠合楼板耐火性能参数分析

在合理选择混凝土和预应力筋材料的热工参数、高温力学参数的基础上,采用有限元分析软件ABAQUS建立底面受火的预应力预制叠合楼板的高温热力学模型,计算结果得到已有试验结果的验证。对影响预应力预制叠合楼板高温力学性能的各参数进行有限元分析,结果表明:荷载水平和耐火保护层厚度对叠合楼板耐火性能的影响显著,混凝土强度、预应力筋截面配筋率等参数对叠合楼板的耐火性能影响较小,可以忽略不计;耐火保护层厚度一定时,叠合楼板的耐火极限随荷载水平的提高而降低;荷载水平一定时,叠合楼板的耐火极限随耐火保护层厚度的增加呈非线性提高。在ISO-834标准火灾作用下,叠合楼板跨中挠度变化率速率大于L2/(9000d)可作为其达到耐火极限的判别标准。选取荷载水平、混凝土保护层厚度两个重要影响参数进行分析,提出了叠合楼板的耐火极限取值建议,为预应力预制叠合楼板的抗火设计提供技术参考。     

在地震作用下碎石土滑坡抗滑桩的抗震加固作用机理研究

本文利用弹塑性动力固结大变形有限元模型,采用非线性分析的方法对比研究在地震荷载作用下的碎石土滑坡的抗滑桩在坡脚和边坡中部的抗震加固效果.研究结果表明:设置在边坡中部的抗滑桩相对于设置在边坡下部的抗滑桩对整体边坡土体位移支挡最有效.不同高程点动弯距的变化趋势基本相同.在同样条件下中桩位抗滑桩的静力、动力弯矩大于桩位在坡脚的抗滑桩相应位置的弯矩,表明中桩位加固位置可以更有效发挥抗滑桩的抗弯承载能力.从提高边坡稳定性和抗滑桩的抗滑效果来看,边坡中部的抗滑桩抗震加固效果较好.     

滚石作用下埋地钢管道动力响应数值模拟分析

研究滚石-土-埋地钢管道组成的多元体系在冲击荷载作用下的动力响应.依据三维动态接触面算法构建滚石、土体和管道相互作用的力学模型及有限元分析模型,并采用LS-DYNA有限元软件从滚石初动能、冲击夹角、模拟临界状态等方面对滚石冲击荷载作用下埋地钢管道的动力响应进行数值模拟分析.研究得到了管道在滚石垂直或不同冲击角度撞击条件下的应力、位移变化规律,并在管道破坏临界状态下模拟出滚石初动能与滚石落地点距管道中心水平距离的关系.滚石撞击过程中,管道上各节点位移先增加后减小,出现反弹.本研究对埋地钢管道的风险评估、工程设计和防灾减灾具有重要参考价值.     

黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力计算*

为研究黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力特征,根据既有隧道施工现场裂缝扩展情况,假定隧道开挖后的土体存在破裂区,取一半破裂区土体进行静力极限平衡分析,考虑静止土压力、侧向土压力、隧道尺寸和土层参数对半结构的影响,推导出适用于黄土地层浅埋暗挖隧道的围岩压力解析式,确定该公式下的隧道深浅埋划分界限,并结合工程实例分析隧道埋深、静止土压力系数和侧压力系数对围岩压力的影响。研究结果表明:随隧道埋深增大,围岩压力存在峰值,围岩压力曲线呈先增大后减小的趋势;围岩压力随静止土压力系数和侧压力系数的增大而减小,但静止土压力系数对围岩压力的影响较大;将新方法得到的围岩压力值分别与现场实测值和既有理论围岩压力值进行对比,计算的垂直、侧向围岩压力值均大于实测值,且新方法的计算误差相对较小。     

化学锚拴在持续荷载作用下受拉承载性能研究

对单个化学锚栓在不同水平的持续荷载作用下的受拉承载性能进行了试验,分析了持续荷载作用对化学锚栓承载能力和破坏模式的影响。试验发现化学锚栓在60%Nu和70%Nu持续荷载作用下,分别加载了90 d和45 d,锚栓均未出现破坏;当持续荷载增加到85%Nu时,锚栓在较短的时间内便发生拔出破坏。试验表明持续荷载的作用会降低化学锚栓的承载能力,同时也会改变化学锚栓的破坏模式。通过计算持续荷载作用下的锚栓刚度,与锚栓在极限荷载作用下不同破坏模式的刚度相比较,发现持续荷载水平越高,锚栓在加载荷载水平下的刚度越低,锚栓的破坏模式也由钢材破坏向承载能力小的混合破坏、拔出破坏转移。     

软岩大变形巷道刚柔结合支护方法研究

深部软岩地下工程围岩稳定性差且具有长期流变效应,由于支护不利导致围岩产生大变形破坏问题趋于突出。针对以上问题,以某深部软岩巷道工程建设为例,采用现场监测、数值模拟等方法,分析围岩长期变形趋势及破坏机理;针对围岩破坏特征,提出“刚柔”结合的软弱大变形巷道围岩新型支护方法:考虑围岩不同深度破坏情况不同,采用不同注浆方法分区域加固,形成“刚性”承载圈,并在巷道最外部设置缓冲层及可缩性U型钢支架,形成柔性加固圈。利用有限元模型对其支护效果进行数值模拟,结合现场监测变形数据分析,验证了新型支护方案的合理性。     

基于抗滑桩内力计算方法——“m”法的桩顶最大位移判据研究

针对陕西省高速公路沿线抗滑桩治理的滑坡,进行桩顶位移预警判据研究。基于抗滑桩内力计算方法——"m"法,通过给定桩顶位移,反算滑坡推力,进而求出桩身最大弯矩。计算得到的推力考虑了桩前土体抗力和桩间距的影响,因此悬臂桩和埋入式桩均适用。经过大量试算拟合得出不同地基系数K、地基系数随深度增加的比例系数m、锚固段长度、悬臂段长度及桩径下,桩顶位移与桩身最大弯矩的关系式。该式适用于桩径为2 m×3 m、1.5 m×2 m的弹性桩。引用前人实例验证了公式的合理性,公式由初等函数组合而成,易于应用到预警系统中。今后针对具体抗滑桩设计方案,输入相关参数,可得到桩顶最大位移判据。     

钢管混凝土格构式柱受力性能研究

为研究不同含钢率对钢管混凝土格构式柱受力性能的影响,对4个不同含钢率试件在单向水平荷载和水平循环荷载作用下进行了非线性有限元分析.结果表明:含钢率对钢管混凝土格构式柱的刚度影响比较显著.随着含钢率的增加,钢管混凝土格构式柱无论在弹性阶段还是在非线性强化阶段,其刚度均有所提高,承载能力和极限位移也同时提高.但是当含钢率增大到一定程度,再增加含钢率,钢管混凝土格构式柱的极限承载力和刚度提高的幅度反而会降低.延性性能和耗能性能增加的幅度也同时会降低.为提高结构的安全性和可靠性,实际工程钢管混凝土格构柱的设计过程中,要控制合理的含钢率.     

腐蚀对预应力筋与混凝土间变形协调性的影响

针对腐蚀导致预应力筋与混凝土间黏结性能退化而引起的变形不协调对构件承载力的影响,结合8片梁的抗弯试验,通过定义变形协调系数表征腐蚀预应力筋与混凝土的应变比,进而量化变形协调性能,构造新的几何关系和平衡方程,推导变形协调系数及构件受弯承载力的表达式,探讨了预应力筋与混凝土间变形协调系数随各影响因素的变化规律,并通过与相关文献试验结果的对比进行了验证。结果表明:腐蚀会引起预应力筋与混凝土间变形协调性下降,极限荷载时,变形协调性的退化使构件承载力降低,考虑腐蚀预应力筋与混凝土间的变形不协调,有助于提高承载力的计算精度;变形协调系数随腐蚀率、梁高、梁宽和混凝土强度增加而增大,随预应力筋重心至梁底距离增加而减小。