单侧接触埋置结构与瞬态SH波的动力相互作用——时域边界元分析

应用时域边界元法 ,研究了单侧接触埋置结构与瞬态SH液 (剪切横波 )的动力相互作用 ,当入射SH波足够强时 ,界面会出现局部滑移并假设摩擦遵守库仓定理。笔者从实际情况出发 ,提出了新的数学模型和计算方法 ,计算了埋置矩形结构与瞬态SH波的动力相互作用问题 ,由于对此类问题的深入研究 ,为评估和预测埋置结构在动荷载下的安全性及疲劳寿命提供了重要的理论价值     

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。     

城市区域土体铁的化学行为与土体强度变异关系研究

统计了南宁市地下水中Fe的变化情况,实验研究了Fe的物理化学行为与土体强度之间的联系,并进一步研究了铁对土体强度影响的双向性.结果显示,城市区域将由于Fe的溶蚀、置换作用等使土体强度降低;城市区域CO2分压增高将促进土体中铁的溶蚀而使土体强度进一步恶化.在含水量相对较高时,铁质胶结物被溶解、迁移,土体强度降低;而在含水量相对较低时,铁质胶结物不易被溶解,而更趋向于发生沉淀反应,使土体对铁的吸附作用加强,从而使土体的强度增加.     

强震作用下地埋结构的数值模型

应用时域边界元法研究了结构 介质动力相互作用问题。假设摩擦遵守库仑定理 ,当入射波足够强时界面会出现局部滑移、分离。由于边界上的区域 (滑移、分离和粘着 )是未知的 ,所以 ,笔者研究的实际上是个复杂的边界非线性问题。该模型对评估和预测地埋结构在动荷载下的安全具有重要的理论价值     

黄土湿陷过程下埋地油气管道力学行为有限元模拟

针对黄土遇水后湿陷产生陷穴并引起埋地管道悬空这一过程中管道的力学行为,以基于弹塑性地基的黄土湿陷区悬空管道力学模型为基础,从湿陷原因和机理出发,建立三维有限元实体模型,模拟了土体湿陷过程和沉降变形,模拟计算结果与理论值和实测值进行了比对验证;进一步的计算和回归分析得到了管道最大位移、最大von Mises应力与地表土体湿陷沉降量的变化规律,同时也得到了最终湿陷情况下管道的von Mises应力分布和湿陷区范围的影响。结果表明:土体湿陷沉降是管道和土体共同作用的结果,湿陷前期管道与土体一起运动,位移和应力增加较快,而管道下方土体脱离管道产生陷穴后则增长较慢;管道最大位移和土体湿陷沉降量间呈对数函数关系,而管道最大von Mises应力和土体湿陷量呈指数函数关系; 湿陷区管段向下弯曲变形会在3个位置形成应力集中区,湿陷区范围增大会引起管道应力和变形的明显增加,且3个区域的最值分布有所不同。     

黄土湿陷过程下埋地油气管道力学行为有限元模拟北大核心CSCD

针对黄土遇水后湿陷产生陷穴并引起埋地管道悬空这一过程中管道的力学行为,以基于弹塑性地基的黄土湿陷区悬空管道力学模型为基础,从湿陷原因和机理出发,建立三维有限元实体模型,模拟了土体湿陷过程和沉降变形,模拟计算结果与理论值和实测值进行了比对验证;进一步的计算和回归分析得到了管道最大位移、最大von Mises应力与地表土体湿陷沉降量的变化规律,同时也得到了最终湿陷情况下管道的von Mises应力分布和湿陷区范围的影响。结果表明:土体湿陷沉降是管道和土体共同作用的结果,湿陷前期管道与土体一起运动,位移和应力增加较快,而管道下方土体脱离管道产生陷穴后则增长较慢;管道最大位移和土体湿陷沉降量间呈对数函数关系,而管道最大von Mises应力和土体湿陷量呈指数函数关系;湿陷区管段向下弯曲变形会在3个位置形成应力集中区,湿陷区范围增大会引起管道应力和变形的明显增加,且3个区域的最值分布有所不同。     

基于自记忆模型的煤与瓦斯突出电磁辐射预测研究

利用实验测定的电磁辐射信号时间序列,用双向差分原理反导出一个非线性常微分方程;以其为微分动力核,运用动力系统数据机理自记忆模式构造自记忆方程并求出自记忆系数;利用该方程预测未来电磁辐射信号的变化,并与现场测定对比分析,用误差分析和距平分析法验证该模型正确性和预测准确率。实例表明:该自记忆模型预测与实测结果是一致的,相对误差均在6.7852%左右,距平符合率为90%;自记忆方法能有效应用于煤与瓦斯突出电磁辐射动态预测中;该模型与电磁辐射预测方法的有机结合能有效地提高预测准确性,从而为煤与瓦斯突出电磁辐射预测技术提供了一种新的研究途径。     

生物质燃烧过程颗粒模型现状分析

生物质颗粒燃烧过程计算是生物质能利用、火灾过程分析及城市固体垃圾焚烧技术开发的基础。其计算结果的准确度取决于对所研究物理问题的数学模型是否正确。总结了生物质颗粒燃烧涉及的模型。对比了反应区域模型中面反应模型和体积反应模型,指出面反应模型适合计算传输控制过程,而体积反应模型适合计算动力控制或动力传输共同控制的过程。总结了干燥、热解、炭氧化等物理化学变化以及动量、热量和质量传递主要方程及方程中涉及的参数。结果表明,这些方程和参数差异显著,仍需实验研究辅助模型选取。     

基于谐波沉降的管道力学分析*

为避免地面沉降引发的油气管道事故，研究沉降管道的力学特性，提出基于谐波沉降的管道力学评估方法。以中国石化某沉降管道为研究对象，通过现场测量的方法获得沉降区管道高程，利用傅里叶级数展开对不均匀沉降数据进行处理分析，获得管道谐波沉降的拟合函数。建立ANSYS有限元模型，采用土弹簧模型模拟非沉降区管道与土体相互作用关系，将谐波沉降作为位移载荷施加到沉降区管道，对含内压管道的沉降进行数值模拟，分析其应力、应变分布规律。结果表明:沉降与非沉降交界处管道应变及应力最大，基于应变的评估准则，管道运行状态为安全，为应急响应提供支撑。     

森林火场区上升气流的观测与研究

最近几年，森林火灾与大气环境的相互作用引起林火研究者和有关科学家兴趣和重视。本文介绍森林火场区流场的观测与研究，分析表明，最大上升气流Ｗ与林火强度Ｉ的三分之一次方成比例，与实验大体相符。在较大面积火区上方通常是对流单位，有上升与下沉气流交替出现。     

煤田采空区对地面地震动的影响

研究了煤田采空区对地面地震动的影响以及采空巷道的动应力分布。采空巷道用地表下圆孔来近似模拟,入射波场为造成较大震害的SH波。该问题采用镜像法求解,利用波函数展开和内域型Graf加法公式将解答归结为一组无穷代数方程组的求解,截断该无穷代数方程组可求得该问题的数值结果。最后,通过算例考虑了圆孔的动应力集中和地表动位移。结果表明,圆孔的动应力集中和地表的位移取决于入射波频率、角度和圆孔半径、埋深。该研究结果为煤田采空区的地震安全工作提供有益的参考。     

基于深基坑地下连续墙变形安全性分析

在基坑开挖过程中实时对整个基坑安全状态进行评判,动态地评判基坑的安全状态,对保证基坑安全具有重要的现实意义,其中如何在基坑开挖过程中获得围护墙的实际弯矩,成为评判围护墙内力安全状态的关键,根据深基坑工程中常规监测所得的围护墙体测斜变形曲线,通过多项式拟合的测斜曲线方程求解变形曲率,将计算得到的弯矩与通过钢筋混凝土单筋截面梁弯矩计算极限弯矩进行对比分析,来科学判断基坑的安全状态。同时基坑深层土体开挖会引起较大的围护墙位移和土体沉降,施工中应严格控制深层土体开挖无支撑暴露的时间,及时架设支撑及浇注混凝土底板,减小土体侧向位移及地表沉降,最后阐述了基坑监测数据产生异常的原因。     

一种复合材料尖劈和接头端部安全性评估的新模型

笔者从尖劈尖端的弱式控制方程出发导出虚功原理 ,然后通过非协调元离散 ,得到一个基于位移的、分析尖劈尖端奇异性问题的特征方程。该方法与过去原有求解裂纹尖端近似场的有限元特征分析方法导出公式的出发点不同 ,并且采用的单元形式为非协调元 ,尖劈尖端邻域内的位移场假定没有采用奇异变换技术。通过求解特征方程获得奇性应力指数 ,并以此判断尖劈和接头的安全性 ,运用该方法对若干尖劈和接头进行安全性评估。所有的计算结果表明 ,笔者方法较原有方法使用的单元少而且精度高。     

The characteristic of in situ stress in outburst area of China

In order to obtain the characteristics of in situ stress field in outburst mining area, using the hollow inclusion (HI) technique to measure the in situ stress of coal and gas outburst mining area. The measurement sites located in northeast, middle and east of china, which include eight mining areas such as Fuxin, Pingdingshan, Hebi and Huainan. Base on the analysis of measurement data from outburst mining area, conclusions could be obtained as follow: (a) major principal stress and minor principal stress is horizontal stress and interim principal stress is vertical stress, and the type of outburst area’s stress field is dynamic stress field; (b) the major principal stress and minor principal stress are higher than other regions and the tectonic stress is outstanding; and (c) the ratio of major principal and vertical stress is decrease with the increase of depth and the type of stress field is likely transfer dynamic to static. Thus, in situ stress plays a key role during the occurring and development of coal and gas outburst, which is an important reason of severe outburst in China.     

基坑开挖与邻近高层建筑施工耦合模拟研究

以一邻近在建观光楼的基坑工程为背景,采用有限元软件MIDAS GTS-NX对其进行基坑开挖及邻近观光楼全过程数值模拟分析,结合模拟计算分析了邻近在建高层建筑的基坑开挖的耦合作用。模拟结果表明:在邻近在建建筑物的基坑开挖情况下,两者间的耦合作用明显;在邻近在建高层建筑物影响下,基坑支护结构水平位移差为10.1 mm;土体应力受邻近建筑动态影响在前期变化明显,到后期影响趋于稳定;在临近高层建筑施工处,地连墙角点和非角点处应力差异明显,地连墙角点应力受到邻近建筑施工影响较小,但非角点位置受到影响较为明显,在设计中应充分考虑该因素。     

公路改扩建导致新老路基差异沉降的因素分析

基于有限差分原理建立了三维有限元数值计算模型,对公路改扩建中导致新老路基差异沉降的因素进行探讨。结果表明,公路拓宽部分的沉降明显高于老路的沉降,且在新老路结合部位沉降发展最显著。路面的竖向沉降随公路拓宽宽度增加而增加,随新路基弹性模量增加而减小,随新地基土压缩模量增加而减小。其中拓宽宽度和新地基土压缩模量对路基表面沉降影响较大,新路基土弹性模量对路基表面沉降影响较小。这表明新地基土受到的压应力和新地基土压缩模量是影响路面差异沉降的主要因素。工程上可以着重从降低对新地基土的压应力和提高新地基的压缩模量两个角度来降低路面的差异沉降。     

基于高速列车作用引起的铁道线路垂向动态响应的研究

研究了在高速列车作用下，由运行质量变化和沿线路方向的弹性基础支撑的非均匀性等所引起的对铁道线路的垂向动态响应。在时域内使用FEA法推导建立了高速列车／线路系统相互作用的运动方程，通过使用数值积分算法，分析了车辆运行速度、移动质量、线路的弹性基础支撑及其非均匀性等参数变化对铁道线路动态性能的影响，通过与通用分析模型结果进行的对比显示了良好的一致性。研究表明轨枕失效区域对钢轨的动态响应影响显著，在非均匀弹性基础支撑上钢轨的变形与移动质量的大小成反比，但在均匀基础支撑上钢轨的变形则与移动质量的大小无关。     

基于粘弹性人工边界的掉层结构地震响应分析

为实现山地建筑结构土-结相互作用体系的动力分析,基于粘弹性人工边界理论,利用Matlab编写了用于Abaqus自动施加粘弹性人工边界与外源波动等效节点力的程序,采用该程序模拟的地基无限域外源波动模型的动力响应符合波动理论,验证了该程序的准确性.将采用粘弹性人工边界的土-结相互作用体系与底柱固接的刚性地基分别应用于山地地...     

人工冻结法调控多年冻土区桩基础地温场的效果分析*

为了解决青藏铁路运营过程中,由于多年冻土地基的升温退化,部分多年冻土区桥梁桩基础承载性能下降,产生有害沉降变形,进而造成桥梁上部结构移位破坏,甚至部分桥梁桩基础在短时间内产生较大的沉降变形这一严重问题。基于当前多年冻土区桥梁桩基础沉降病害快速抢修技术空缺,提出人工冻结技术处置多年冻土区桥梁桩基础沉降病害的新设想,利用数值软件建立冻结管-桩基础三维模型分析该技术的可行性与调控效果,分析冻结参数、场地冻土条件等对冻结效果的影响。研究结果表明:人工冻结法可以快速降低桩周多年冻土温度;同时,冻结96 h可以对桩基地温场起到较好的冷却效果;冻结管至桩的距离对冻结效果的影响最为显著,冻土的含冰量越大,则降温速率越慢。     

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。