冷‑热不平衡热荷载下黏土地基中能量桩长期热‑力学特性∗

建立了热-渗流-力(T-H-M)三场耦合能量桩有限元数值分析模型,研究了力学荷载组合不同热聚集度(桩的放热量与吸热量之比)温度荷载下黏土地基中能量桩的长期热-力学特性,包括桩身温度、桩头沉降、桩身轴向应力、 地基土温度和超孔隙水压力特性等。计算结果表明：冷-热平衡时桩头沉降随温度荷载循环的增加逐渐增大,桩头发生沉降累积,桩身轴向应力和地基土温度变化的幅值不随温度荷载循环而变化。当桩的放热量大于吸热量时, 桩身温度随温度荷载循环的增加而升高,桩头沉降随之减小,但热荷载循环对桩身轴向应力没有影响。桩周土温度随热循环的增加而逐渐增大,产生热聚集现象。温度荷载的热聚集度数值越大,桩身和桩周土的温度越高,桩身最小压应力越大,桩头沉降越小。温度荷载引起的超静孔隙水压力数值很小。     

水-岩作用下砂岩微细观结构变化特性及机理研究

为了较好地分析水-岩作用下库岸边坡消落带岩体的劣化机理,设计进行了考虑库水压力升降变化和浸泡-风干循环的水-岩作用试验。研究结果表明:(1)在水-岩作用过程中,砂岩的单轴抗压强度劣化趋势明显,其中前6期抗压强度劣化趋势较为显著,6次水-岩作用之后,岩样的强度劣化趋势逐渐趋于缓慢。(2)随着水-岩作用周期的增加,岩石内部孔隙、裂隙逐渐发育、汇集,矿物颗粒逐渐软化、分解,使得岩石微观结构逐渐趋于松散。(3)水-岩作用下砂岩劣化的进程中,首先是岩样中胶结物的溶解、溶蚀,然后是失去胶结物包裹的矿物颗粒表面发生水-岩物理化学作用,最后是矿物颗粒本身软化、分解。(4)水-岩作用过程中,岩样内部胶结物的溶解、溶蚀对水-岩作用前期的宏观力学性质影响明显,岩石矿物颗粒本身的软化、分解对水-岩作用后期的力学性质影响明显。相关研究成果可为库岸边坡消落带水-岩作用机理分析提供较好的参考。     

随机地震作用下BRB加固既有结构的可靠度分析∗

随着服役年限的增加,既有结构会出现材料力学性能经时退化。为精细化分析随机地震作用下既有结构及其加固后的安全性,利用非平稳地震动过程的降维模拟,并结合基于概率密度演化理论和等价极值分布的首次超越破坏可靠度分析方法,以层间位移角为评价指标,制定了3 种在不同位置布设人字形BRB 的加固方案。根据随机地震作用下BRB 加固既有结构的动力可靠度来确定3 种方案中的较优者。同时,依次用V 字形和斜支撑替换较优方案中的人字形支撑,并对比分析它们的动力可靠度,以寻找最优随机非线性振动控制的BRB 布设位置和支撑形式,为维修加固及抗震设计提供更为合理的途径。结果表明：本文方法为既有结构及其加固结构的抗震可靠度精细化计算提供了新途径,BRB 的不同布设位置及支撑形式能在一定程度上提高既有结构的动力可靠性。     

结构抗火混合试验方法的研究进展∗

基于构件标准试验的抗火试验方法很难考虑非受火构件对受火构件的约束效应,也难以反映受火构件对整体结构抗火性能的影响,而正在兴起的抗火混合试验方法是解决上述问题的一条重要途径。本文首先简述传统结构抗火试验方法及其面临的问题,进一步阐述了抗震混合试验与抗火混合试验的关系,然后从试验流程原理、典型试验装置及对应力学边界条件、试验子结构选取与数据交换、不同试验方法的结果对比等方面较为系统地介绍了第一代抗火混合试验,并简要介绍了正在进行中的第二代抗火混合试验系统及其特点,最后总结了抗火混合试验中有待进一步深入研究的几个关键科学问题。     

上砂下黏地层中桩‑筒复合基础V‑H承载特性∗

海上风机基础不仅受自重等竖向力V 作用,也因水流、波浪和风等影响而承受水平荷载H。为探讨上砂下黏地层中一种由单桩和吸力筒组成的新型海上风机桩-筒复合基础受V?H 组合作用时的承载特性,自主设计完成了一系列室内桩-筒复合基础V?H 组合加载模型试验,获得不同组合参数下桩-筒复合基础的荷载-位移曲线和桩身弯矩分布曲线,并绘制出V?H 承载力包络线。在此基础上,采用ABAQUS 建立了上砂下黏地层中桩-筒复合基础三维数值分析模型,经模型验证与参数分析,进一步讨论了砂土厚度、筒径、筒高以及加载高度等参数对桩-筒复合基础承载特性的影响曲线,并拟合出桩-筒复合基础承载力简化计算公式,分析结果表明：桩-筒复合基础能显著提高桩身水平承载力,增幅达30%~90%,且增加筒径比增加筒高更有利于提高基础水平承载力;上部砂土层较厚时,桩-筒复合基础存在一个使复合基础水平承载力达到最大的预加竖向荷载最佳值,其值随不同载荷工况在（0.4~0.7）Vult范围内变化。     

地震作用下BFRP锚固结构动力响应试验研究∗

地震作用下锚固结构动力响应研究的是锚杆(索)杆体-注浆体、注浆体-围岩之间的动力学作用机制,是岩土锚固工程的研究重点和发展趋势.通过振动台模型试验,研究了地震作用下BFRP锚固结构的动力响应,利用粘贴在BFRP锚索杆体上的应变片,测得地震波激励过程中不同高度位置、锚固深度锚索断面上的应变波响应,对锚固段内BFRP锚索沿锚固深度轴力峰值和应变波时程曲线进行了分析.结果 表明:(1)BFRP锚固结构的动力响应与输入地震波强震段的发生时间和持续时间基本一致;(2)随着输入地震波加速度峰值的增大,BFRP锚索轴力峰值在数值上随锚固边坡屈服状态发生变化,其中锚固段前半段受影响较大;(3)锚索残余轴力受地震作用的影响,随着锚固结构内测点位置相对高度的增大而增大,这一现象在靠近锚固体端部的位置更为明显,在工程应用中应重点关注锚固段端部注浆材料损坏而导致的锚固系统失效破坏.通过小波包分解得到锚固结构的应变波主频,进一步表明了锚固体端口、中部、尾部的主频差异较大,会导致锚索与注浆体之间出现"差拍"作用,引起锚索与注浆体之间的不协调运动,导致锚固体内第一界面不断地受剪揉搓,形成损伤到破坏的时间累积效应.     

地铁荷载下宁波软黏土冻融水泥土动力学特性研究∗

在复杂软弱地层条件下,为有效抑制人工冻结冻胀融沉,可采用水泥土改良后人工冻结二次加固,水泥土冻融后的动力学特性,对地铁隧道长期运营至关重要。运用 GDS 动三轴仪研究水泥掺入比、振动频率及振次对冻融水泥土动应变、动弹性模量及动阻尼的影响。结果表明:冻融水泥土水泥掺入比越大,滞回圈面积越小,呈现先快后慢发展的趋势,其累积塑性应变最大减小 50%;在其它条件相同情况下,动弹模随振动次数的增加而非线性减小,随振动频率升高、水泥掺入比的增大而线性增大;动阻尼比随振动次数的增加而非线性增加,随振动频率升高、水泥掺入比的增大而线性减小,并存在变化临界值;软土水泥土冻融前后的动力学特性有一定差异,一次冻融后的强度较冻融前减小 6%;工程中联络通道周围产生非均质冻融水泥土水泥掺量应大于 5%;地铁长期循环荷载的后期作用对软土水泥土加固冻融后的动力学特性影响很小,工程中可以不予考虑。     

波流共同作用下海底管线周围海床的动力响应分析北大核心CSCD

针对埋设有海底管线的多孔介质海床,基于Biot动力固结理论,采用Pastor-Zienkiewicz III的动力弹塑性本构模型,建立了一个多孔介质的弹塑性海床模型,分析了波浪-海流共同作用下海底管线周围海床的动力响应规律,计算了波浪-海流共同作用下海床中超孔隙水压力的分布和表面波压力的分布规律,以及不同的海流速度对海床中超孔隙水压力分布的影响。结果表明:海流的存在对海床表面的波压力的波长和周期都有显著影响;海底管线等结构物的存在,减缓了管线以下海床中超孔隙水压力的累积。     

逆断层作用下复合衬砌输水隧洞损伤演化分析∗

复合衬砌是一种新型可承受高内压的输水隧洞衬砌结构,在穿越断层带时会由于断层错动作用发生破坏。 因此,对复合衬砌输水隧洞穿越逆断层的损伤演化分析具有现实意义。通过考虑多重荷载和不同结构层间的分离模式,建立复合衬砌输水隧洞?断层三维有限元模型,研究逆断层不同错动位移下复合衬砌结构损伤演化的过程,并对损伤状态进行量化评估。结果表明：逆断层作用下复合衬砌结构的损伤分为剪切损伤、拉伸损伤和失效破坏三个阶段。滑动面拱腰边墙处钢管受弯曲变形和局部屈曲耦合作用发生破坏是复合衬砌结构的最终破坏形式,破坏范围与滑动面呈“X”型分布向两盘延伸。由于不同材质性能和黏结特性的差异,断层作用导致不同结构层间发生脱离现象,脱离距离与错动位移呈正相关性。混凝土-钢管间脱离不同于混凝土-围岩间呈连续性分布,主要集中在钢管加劲肋附近。钢管内衬降低了混凝土开裂造成的内水外渗风险,增强了复合衬砌结构抵抗断层错动作用,提高了输水隧洞结构的安全裕度。     

地震与洪水作用下结构风险分析与设计研究进展∗

我国是世界上地震与洪水灾害最为严重的国家之一,两种灾害影响范围广泛,且很多地区为两种灾害的双易发地区,同时考虑地震与洪水作用的结构风险分析与设计是防灾减灾领域研究的重要问题。综述了国内外地震与洪水易发区结构性能分析与设计理论的研究进展,统计分析了地震与洪水的历史数据,根据洪水成因将地震?洪水灾害划分为地震伴随暴雨洪水、地震引发溃坝洪水两类,明确了地震与洪水的联合成灾机制和不同概率模型。总结归纳了地震?洪水灾害的不同表现形式,包括地震?洪水冲击接续作用、洪水冲刷?地震接续作用、洪水浸泡?地震接续作用,论述了地震与洪水作用下结构响应分析及易损性分析的研究现状,着重介绍了洪水冲刷?地震接续作用下结构全寿命风险评估和设计方法的研究进展,为进一步开展地震?洪水灾害的其他表现形式研究提供了新的思路。 总结分析表明,地震与洪水接续作用加重了致灾程度,增大了结构失效风险,基于全寿命周期的结构抗多灾设计方法,能够有效减少灾害影响和损失,对于工程防灾减灾具有重要意义。     

考虑软土应变软化效应的深埋式大圆筒承载性状分析∗

深埋式大圆筒结构近年来在我国深水软土地区的港口、跨海通道建设中得到了广泛应用,但是软土强度的应变软化效应对于其承载性状的影响没有得到系统的研究。在基于 Tresca 屈服准则的理想弹塑性模型中引入软土强度随着塑性应变累积的衰减规律,进而对软土中深埋式大圆筒结构的水平承载力特性进行了比较系统的数值分析。计算结果表明,考虑软土应变软化效应时,大圆筒结构的承载力明显降低,而且地基土强度的灵敏度、相对延性以及加固范围对于大圆筒结构承载力影响较大;软土地基加固前后,大圆筒在水平荷载作用下的失稳破坏模式发生改变,从加固前的双面破坏机制演变为加固后的单面破坏机制。     

地震作用下结构的提离摇摆效应研究现状及进展∗

在强烈的地震作用下土-基础-结构相互作用体系不可避免地发生基础与地基接触面分离的非线性行为.已有研究表明这种基础提离摇摆行为有利于结构抗震,利用地基与基础接触面处的非线性及地基土的塑性变形等消耗大部分地震能量,使原本在上部结构形成的塑性铰转移到地基土,减小上部结构的塑性变形并防止其倒塌,从而确保上部结构的安全.首先介绍经典的考虑基础提离摇摆的结构地震响应计算模型和研究方法,从不同结构类型角度分别介绍结构提离摇摆响应的研究,并将得到的主要结论进行总结.建议加强大震下结构提离摇摆非线性行为精细化计算方法、结构摇摆响应谱以及相应的大比例结构模型试验验证等关键环节的研究,以更准确地确定摇摆结构地震响应规律,并将其推广应用于工程实际.     

隔震对高层筒体结构剪力滞后效应的影响研究

通过ANSYS软件建模计算,研究了水平地震作用下筒体结构剪力滞后现象的特点和规律,分析了基础隔震对筒体结构剪力滞后效应的影响。研究结果表明：水平地震作用下,筒体结构出现了明显的剪力滞后现象,随着楼层高度的增加,滞后效应逐渐减弱,直至出现负剪力滞后;基础隔震可明显改善筒体结构的剪力滞后效应,且使首次出现负剪力滞后效应的位置降低;不同地震波作用时,剪力滞后程度不同。     

海相结构性软黏土地基的沉降特性研究

通过室内试验获得了海相结构性软黏土的初始屈服面;考虑不同埋深处地基土的初始结构屈服面之间的相似性规律,应用结构性本构模型,结合工程实测数据,对海相软黏土地基土体屈服与地基沉降之间的关系进行了研究。结果表明,结构性本构模型能够较好地模拟海相结构性软黏土地基的沉降变形;结构性土地基的土体屈服是由浅及深逐步发展的,虽然存在低荷载时沉降小、高荷载时沉降大且呈非线性增大的现象,但这是渐变的过程,沉降量—时间—填土高度曲线上不能确定显著的转折点,通过观察沉降曲线的转折点来确定临界填土高度的方法将难以实现。     

循环温度荷载作用下饱和黏土的体积变形特性

采用温控三轴仪,研究了排水条件下温度循环引起的饱和黏土体积变化特性。试验结果表明,温度循环会使得土体产生不可恢复的体积变形,塑性体积应变的大小随温度循环周数的增加而增加,并逐渐趋于稳定值;若将经历过温度循环的土样重新加载到新的正常固结状态,后续温度循环中产生的塑性体积应变量值及发展规律与初始循环下的类似;同等温度增量下,体积应变的大小主要受超固结比OCR的影响,与应力水平无关。OCR越大,体积应变越小,随温度循环周数稳定的也越快。基于广义塑性理论,给出了热-力耦合作用下土体体积应变的计算模型。模型中考虑了温度塑性应变对屈服应力的硬化作用,根据屈服应力与前期固结应力之间的差异间接体现温度历史的影响,进而合理地模拟体积应变随温度循环周数的累积规律。利用所建立的模型对本文试验和文献中的数据进行了模拟,验证了模型的可靠性。     

固结时间对软粘土动剪切模量的影响

随着固结时间的增加,试样逐渐变硬的硬化效应使软粘土的动剪切模量增大;同时,随着固结时间的增加,试样高度和直径明显减小的尺寸效应,也使软粘土的动剪切模量受到显著的影响。通过软粘土自振柱试验,分析了固结时间对软粘土的最大动剪切模量、动剪切模量比和试样尺寸的影响;根据自振柱试验的基本原理,分析了试样尺寸的变化对软粘土动剪切模量的影响;结合试验得到的固结时间和试样尺寸的关系,分析了固结时间通过试样尺寸对软粘土动剪切模量的影响。     

交通荷载作用下饱和软粘土孔压-应变分析模型

针对交通荷载的作用特点设计了循环三轴试验,进而对交通荷载作用下饱和软粘土的动力特件进行厂研究.结果表明:循环荷载作用下,饱和软粘土存在临界循环应力比,采用孔压曲线所得到的临界循环应力比要小于采用应变曲线所得到的临界循环应力比.当土样不存在初始剪应力时,随着循环次数的增加,土样的应力-应变关系曲线近似原点对称,但随着初始剪应力的增大,应力-应变关系曲线逐渐表现为一系列平行曲线,峰值孔压与循环孔压幅值均逐渐减少;同时,轴应变的发展加快,但循环应变幅值逐渐减小.当循环应力比小于临界循环应力比时,对于同一初始剪应力,不同循环应力比下的孔压比-动应变曲线近似集中在同一条曲线上.通过对试验数据进行回归分析,得到了交通荷载作用下饱和软粘土残余孔压-累积塑性应变关系模型.     

不同荷载振动模式下软黏土动力特性试验研究

针对宁波轨道交通影响范围内的④2层淤泥质黏土开展了不同振动模式下的动三轴试验,获得了单向纯压振动和单向拉压振动模式下的孔压、累积塑形应变和动弹性模量的变化规律,建立了孔压—振动次数、累积塑性应变—振动次数的指数函数关系,结果表明:静偏应力的不同为两种振动模式的本质区别;单向拉压振动下的孔压稳定所需的振动次数较单向纯压振动大,累积塑性应变比单向纯压振动小一个数量级;单向拉压振动产生的弹性应变较单向纯压振动大,动弹性模量则反之;所建立的描述孔压、累积塑性应变与振动次数关系的指数函数能较好地反映孔压、累积塑性应变斜率随振动次数的变化规律,研究结果可以为轨道交通设计和施工提供理论依据。