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。     

冻融循环作用下西宁地区黄土动力特性试验研究∗

黄土作为一种广泛分布在青海省境内的特殊土,长期承受冻融循环与地震荷载的双重影响,其地震易损性和水敏性的问题一直被广泛讨论。为寻求黄土在冻融循环和动荷载耦合作用下动力特性的变化规律,以西宁地区黄土为研究对象,施加正弦波形式的循环动荷载,开展动三轴试验,分析了围压、冻融循环次数和动剪应变幅值 γ_d对黄土的骨干曲线、动剪切模量 G_d、动剪切模量比 G_d/G_{d max}及阻尼比 λ 的演变规律。结果表明：黄土的骨干曲线在经历 6 次冻融循环后趋于稳定,可将骨干曲线的发展过程分为弹性阶段和弹塑性阶段;分别采用 Hardin?Drnevich 模型和改进的 Hardin?Drnevich 模型对动剪切模量曲线进行拟合,发现用改进的 Hardin?Drnevich 模型拟合动力参数效果较好;随着围压的降低,G_d/G_{d max}?γ_d关系曲线分布更为分散且有逐渐减小的变化趋势;随着 γ_d的增大,λ 不断增大,且土体在各围压条件下,经历不同冻融循环次数后,G_d/G_{d max}和 λ 存在最大值和最小值。该研究初步掌握了青海地区黄土在冻融循环作用下的动力学参数,研究成果可为寒区抗震设计提供设计参考。     

海洋平台桩腿周围局部冲刷及其对基础承载力的影响∗

在海洋平台桩靴基础安装施工过程中,容易发生穿透现象而导致破坏。业界建议可通过在桩靴周边加设向上的袖结构来抑制贯入时周围土体的回流,从而缓解穿透破坏。但这种袖结构的存在会导致局部冲刷,形成的冲刷坑会减小桩靴有效埋深,进而影响其使用期的承载力。通过一系列水槽试验,探讨了不同形式桩腿的面积比、开孔率、来流角度等因素对于冲刷坑形状的影响,进而开展了考虑冲刷坑影响的桩靴基础承载力数值计算,并与忽略最大冲刷深度以上土体的传统模型、假设冲刷坑为倒圆台状的简化模型计算结果进行了对比。主要研究结果如下：（1）加设圆形袖结构的桩腿引起的冲刷深度要比方形袖结构桩腿小,建议工程中采用面积比较小的圆形袖结构来缓解穿透破坏;（2）桩腿的面积比、开孔率、来流角度等因素对冲刷坑形状都存在影响。最大冲刷深度随着开孔率的增大而减小,当开孔率较大时,冲刷现象近似于群桩冲刷,出现随着冲刷角度的增大冲刷深度先增大后减小的现象;（3）当考虑冲刷坑对于桩靴承载力的影响时,简化模型能够合理反映冲刷坑对于桩靴基础承载力的影响。     

考虑惯性耦合的两相介质动力反应显式数值计算方法∗

基于包含惯性耦合（耦合质量密度系数）的 u?p 形式饱和两相介质弹性波动方程,开展了对饱和两相介质近场波动问题时域全显式数值计算方法的研究。通过对波动方程中的质量集中矩阵和流体压缩矩阵对角化处理,消除了方程中的动力耦联的影响。分别应用中心差分法和 Newmark 常平均加速度法求解固相位移和固相速度,基于向后差分法求解孔隙流体压力,建立了考虑惯性耦合的饱和两相介质的时域显式数值计算方法。将该方法的数值解与相应的解析解进行对比,二者符合良好,验证了该方法的正确性。将该方法应用于饱和两相介质自由场的地震反应问题,研究了惯性耦合对两相介质动力反应的影响。基于本文研究的两种情况表明,惯性耦合对饱和两相介质动力反应的影响程度有限。     

高温后珊瑚海水海砂混凝土力学性能试验研究∗

为研究高温后珊瑚海水海砂混凝土（CSSC）的力学性能,设计制作了 30 个 CSSC 试件,进行常温与高温后轴心受压和静力受压弹性模量试验。通过试验观察了试件高温后的表观变化和轴心受压破坏形态,获取了轴心受压全过程应力—应变曲线、弹性模量及烧失率等参数,深入高温后 CSSC 微观结构变化机制,得到了受火温度对 CSSC 力学性能的影响规律,揭示了高温作用后 CSSC 的力学性能退化机理。结果表明：随着受火温度的增加, CSSC 力学性能不断劣化。T=200 ℃时 CSSC 轴心抗压强度和弹性模量分别比常温时下降了 26.52 %,6.19 %,混凝土具有较好的力学性能;T=400 ℃时 CSSC 弹性模量下降迅速,弹性模量损失率为 65.48 %,但与 T=200 ℃相比混凝土轴心抗压强度上升了 6.4 %;T=600 ℃时 CSSC 轴心抗压强度下降迅速,强度损失率为 66.74 %;T=800 ℃ 时 CSSC 破坏严重,已无法测得有效的弹性模量。     

盾构隧道开挖对邻近桩基三维影响试验研究∗

参考清华园隧道盾构段全线近距离侧穿北京地铁 13 号线桩基的工程背景建立试验模型,开展卵石地层中盾构施工对邻近桩基三维扰动特征研究。试验模型中共布置 5 根模型桩(1#~5#桩)。以 1#桩为例分析了盾构掘进过程对桩基的三维影响特征,发现附加弯矩主要产生在刀盘距桩基-0.5D 至 0D 阶段,横向弯矩最大值是纵向弯矩最大值的 2 倍;附加轴力主要产生在-0.5D 至 1.5D 阶段,桩顶附加沉降主要产生在-1D 至 1D 阶段,桩端附加承载力在-0.5D 至 2D 阶段持续增长。对比 1#、2#和 3#桩研究了桩-隧不同水平间距对桩基扰动规律的影响,发现桩基的附加沉降、附加弯矩和附加轴力均随与隧道水平距离的增大而减小,弯矩最大值的位置随着距离的增大而逐渐上移。对比 1#、4#和 5#桩分析了桩端相对竖向位置对桩基扰动规律的影响,得出桩端位于隧道拱顶的桩基的附加弯矩明显小于桩端位于中心线及拱底处桩基的附加弯矩。     

6061‑T6铝合金材料的冲击压缩力学性能实验与数值模拟∗

为了探究 6061?T6 铝合金的冲击力学性能和在防护结构上的应用前景,采用实验与数值模拟相结合的方法开展分析研究。根据多组准静态压缩及冲击压缩实验数据,对 Johnson?Cook 本构模型的相应参数进行了拟合;再进行数值模拟分析,并把数值模拟的结果与实验结果对比分析。最终,得到了 6061?T6 铝合金在常温下的屈服强度、峰值应力等力学参数;拟合出了 6061?T6 铝合金 J?C 模型的相应参数;研究表明 6061?T6 铝合金是一种应变率敏感材料,其屈服强度、流动应力峰值随着应变率的提高而提高,同时材料对冲击荷载的能量吸收也越来越多;当应变率为 1 600 s^-1 时,相对于准静态,其屈服强度和极限承载力分别提高了 30%、78%;数值模拟结果与实验结果吻合较好,表明拟合的 J?C 模型能够较好地表现出 6061?T6 铝合金在高应变率下的应力流动行为。研究成果可为 6061?T6 铝合金材料冲击动力学分析和在抗爆结构上的应用提供依据和参考,其在防护工程,防灾减灾工程领域上应用前景广阔。     

非均质地基中V-T联合受荷桩承载力分析

为探讨非均质地基中V-T联合受荷桩的承载特性,考虑地面处桩周土体剪切模量为非零值且随深度呈幂函数分布,计入桩-土接触面处位移非协调性及加载顺序的影响,基于剪切位移法和桩身荷载传递函数建立桩身位移控制方程,并引入相应力和位移边界条件,导出桩周土体在不同受力状态下桩身的内力位移解析解,进而推导出不同加载顺序下V-T联合受荷桩的承载力,从而得到其承载力包络图。V-T联合受荷桩参数分析结果表明:桩身承载力随长径比L/D增大而增大,而随桩侧土体剪切模量与极限摩阻力分布常数比n、桩土弹性模量比λ增大而减小;桩顶所受扭矩T不断增大时,其能承受的竖向力V随之变小并最终趋于零,且T→V承载力包络线始终处于V→T承载力包络线内侧。     

埋地管道-砂土横向相互作用试验及理论研究

通过埋地管道-砂土的横向相互作用试验,研究了砂土密实度、管径、埋深等对土体极限抗力的影响,初步探讨不同埋深下的管土相互作用规律。根据试验中浅埋与深埋下管周土体不同的破坏模式,分别建立了管周土体破坏简化计算模型。借鉴桩土相互作用p—y曲线方法对管周土体发生不同破坏模式时的土体极限抗力进行了理论推导,并给出分别适用于浅埋与深埋工况下的土体极限抗力计算公式。结果表明,埋地管道-砂土相互作用简化计算公式与已有试验及数值模拟结果均具有较高吻合度,验证了公式计算结果的准确性。     

基于离散元的钢‑土界面往复剪切特性研究∗

架空直立式码头结构被越来越多的应用于现代化内河港口建设，码头中所使用的大直径钢护筒嵌岩桩与桩周回填土形成钢?土界面，在船舶系靠等重复荷载作用下，界面的往复剪切行为影响桩基的承载性能。使用颗粒流软件及离散元方法，通过改变接触面的运动方式模拟了钢?土界面往复剪切特性，研究了接触面类型、剪切频率和剪切振幅等对往复剪切特性和界面能量变化的影响。研究结果表明：试样的剪切区域面积、剪切应力分布受接触面类型及粗糙度影响较大；同种类型的接触面，法向应力越大剪切区域面积会随之增大，但剪切区域面积的增加存在上限；剪切应力的主要作用范围在接触面中部，作用范围随着法向应力的增大而增大，剪切效果是几种因素共同作用的结果；在往复剪切运动中，各界面接触面附近孔隙率随时间步长增大不断减小，部分接触面孔隙率呈周期性波动；剪切频率、振幅对接触面附近孔隙率影响不大；边界能中大部分转化为应变能，小部分转化为摩擦能并受界面类型、界面粗糙度等因素的影响。     

爆炸冲击作用下H型钢柱损伤等级快速评估

随着燃油气的广泛使用,爆炸事件屡有发生,对建筑结构安全产生了巨大威胁。我国现行的爆炸灾损结构安全性鉴定方法以剩余承载力为指标确定其损伤等级,实际可操作性不强。针对这一问题,以《热轧H型钢和剖分T型钢》 中常用规格H型钢为研究对象,应用有限元程序LS-DYNA,建立钢结构爆炸损伤分析的有限元模型,分析了钢柱水平位移及剩余承载力。通过引入剩余承载力系数K与相对挠度ωR的概念,基于数值模拟结果研究了H型钢柱在爆炸荷载作用下的剩余承载力系数K与相对挠度ωR的关系,据此提出了钢柱受损的判定依据并划分了损伤性等级。相较现有钢柱损伤等级划分方法更具可操作性。     

剪扭复合作用下预制拼装混凝土桥干接缝抗剪强度分析∗

为研究剪扭复合作用对单键齿干接缝抗剪强度影响,本文结合实际预制拼装混凝土桥剪力键尺寸与形状,利用 ABAQUS 有限元软件对干接缝剪力键受剪扭复合作用直至失效过程进行分析;研究过程首先以已有学者剪力键纯剪切试验为对象,建立其有限元模型,对比文献可以得出：数值模拟与试验得到的接缝位置抗剪强度比值平均为 0.94,且数值模拟中裂缝位置与试验裂缝出现位置较为接近,裂缝演化过程较好吻合;在此基础上采用相同方法建立新数值模型,并通过改变荷载作用位置对剪力键施加剪扭复合作用,结果表明：单键齿干接缝抗剪强度随荷载所产生扭转作用增大而减小,扭转对剪力键抗剪强度降低幅度影响显著,当键齿厚度为 400 mm,荷载偏移距离为 275 mm,荷载移动距离为键齿厚度 1/1.45 时,抗剪强度较受纯剪切荷载模型减少超过 40%;对 60 个剪扭复合作用模型抗剪强度降低值线性回归,得到偏载距 S 与抗剪强度减少系数 P 之间关系为 P = 1.758 × 10^-3 S - 0.042,依此对美国 AASHTO 规范中干接缝抗剪承载力预测计算式提出修改建议;通过另建立 8 个设置不同参数的剪扭复合作用模型验证修正后计算式准确性与一般性,数值模拟与修正计算式得到的抗剪强度比值平均为 1.01,最大为 1.06。     

冲刷作用下两种不同直径的单桩基础循环加载特性∗

海上风电大直径单桩基础长期承受来自环境效应的循环荷载以及海床的冲刷作用,冲刷条件下的水平受荷单桩的循环加载特性是海上风电桩基础设计关注的内容。开展了砂土中大直径和小直径单桩基础冲刷条件下长期循环加载的模型试验,探讨了冲刷深度和循环加载幅值对两种基础形式长期承载变形特性的影响。试验研究表明：砂土中循环加载提高了循环后的单桩承载力,其中小直径桩循环后的水平承载力提高更为显著。冲刷导致循环后的单桩承载力下降,随着冲刷深度增加该效果越明显。在循环加载初期,小直径桩残余累积变形的增加速度小于大直径桩。循环次数大于1 000次冲刷深度为2倍桩径条件下,小直径桩的累积变形趋于稳定,大直径桩的累积变形仍继续发展。通过在无量纲循环加载幅值参数中引入冲刷深度对承载力的影响,建立了冲刷条件下两种不同直径桩基的水平循环累积位移计算模型,适用于考虑冲刷影响的单桩长期水平循环累积变形预测。     

DX嵌岩桩承载特性模型试验研究

新型DX嵌岩桩通过在强风化岩层设置承力盘、将桩端置于中风化岩表层,充分挖掘了强风化岩层的端承潜力,桩端阻力亦能较早发挥。与直孔嵌岩桩相比,具有高承载力低沉降、造价节约、工期缩短等优势,在广东、广西等地得到广泛应用,经济效益显著。然而现场静载试验难以达到其承载极限,目前对于DX嵌岩桩承载机理认识尚未充分。为研究极限荷载下DX嵌岩桩承载特性,依托于防城港钢铁原料厂项目,通过3组18根桩的DX嵌岩桩与直孔嵌岩桩模型试验,对其荷载传递特性及承载机理进行了研究。结果表明:①DX嵌岩桩Q—s曲线呈缓变型;②同等条件下,DX嵌岩桩极限承载力较直孔嵌岩桩提高118%~131%;当直孔桩嵌岩深度增加时,DX嵌岩桩承载力仍较其提高56%~64%;③单个承力盘在加载初期承担桩顶荷载百分比达30%~33%,同时桩端承担荷载百分比达14%~16%;随荷载增加,承力盘底部岩体发生局部破坏,盘阻力增长速率逐渐减小,端阻力则加速增长;极限荷载下,盘阻力占总承载力百分比下降至20%~22%,端阻力占总承载力百分比增长至36%~38%,与现场试验结果较为一致。     

基于拟动力法抗滑桩加固非饱和土边坡稳定性分析∗

基于极限分析上限原理和拟动力法,提出一种半解析改进水平片分法,计算具有非线性分布特征的非饱和土重力和地震惯性力所做外功率,将传统塑性理论扩展至非饱和土中以考虑基质吸力对桩侧阻力的提升作用,与解析解对比验证了该方法的合理性。通过算例分析,揭示了吸力对非饱和土边坡稳定性及抗滑桩加固效果的强化作用,探究了非饱和土边坡的地震响应规律,研究了抗滑桩布设参数对支挡结构边坡稳定性的影响规律。研究结果表明：吸力对边坡稳定性的提升效果可达 20% ~ 50%,吸力效应与地震动特性密切相关,在地震波达到峰值时显著增强;水平和竖向加速度系数以及土剪切模量对边坡地震稳定性影响较大;桩距 D₁/d_p ≤ 4 时,抗滑桩加固效果较为显著并随摩擦角的增加得到强化,抗滑桩最佳桩位位于边坡中上部,且随摩擦角的增加逐渐减小,对应的加固效果也有所降低。     

主余震作用下典型六层RC框架结构易损性分析∗

为研究 RC 框架结构在主余震作用下的易损性，以一典型六层 RC 框架结构为例，基于增量动力分析法和易损性分析，进行不同主余震作用下 RC 框架结构不同性能状态下超越概率的对比分析。选取 10 条满足场地条件的地震记录作为输入，分别以反应谱加速度为强度指标（IM）、最大层间位移角为损伤指标（DM），对 IDA 曲线簇进行分位分析。依据地震强度指标建立概率地震需求模型，并根据已定义的结构性能水准对框架结构进行易损性分析。 结果表明：双向地震和主余震作用相对于单向主震作用都会增加结构的易损性指数；结构在遭遇地震强度 S_a（ T₁， 5%）=0.5g 时，余震造成易损性指数的上限值、平均值和下限值分别增幅 6.3%、8.5%、11.5%；双向地震相对于单向地震造成易损性指数的上限值、平均值和下限值分别增幅 15.5%、20.1%、32.5%。     

海域地震动强度包络模型研究∗

人工模拟地震动是目前开展海洋工程结构抗震分析的主要地震输入分析。强度包络函数是人工模拟地震动的重要参数,决定了地震动的强度非平稳性特性,并对地震动持时起控制作用。目前的地震动强度包络模型均是基于陆域地震动记录统计分析得出,无法准确反应海域地震动的强度特性。因此,基于日本 K?Net 强震动观测台网的实测地震数据库,分析海域地震动在时域中强度分布特性;提出适用于海域地震动的三段式强度包络模型,回归得到震级 M、震中距 R 及关键参数上升段 t₁、强震平稳段 t_s、下降段衰减率 c（无量纲）的计算表达式;研究震级、震中距对海域地震动强度包络模型的影响规律,并探讨海域地震动与陆域地震动强度包络模型的异同。研究结果表明：海域地震动强度包络模型中关键参数上升段 t₁、强震平稳段 t_s、下降段衰减率 c 的取值范围分别为[13~52 s], [12~79 s],[0.037~0.173];震级对关键参数（t₁、t_s、c）的影响要大于震中距;与陆域地震动相比,海域地震动的强度包络模型的下降段衰减率 c 相差显著,且各关键参数的分布范围更大。     

螺旋锚复合基础对村镇生土建筑抗震性能影响研究∗

村镇生土结构因其抗震能力不足在遭遇地震时产生破坏严重,而螺旋锚基础能提供抗拔力来防止建筑物的隆起和倾覆。针对砂土中螺旋锚锚盘埋深、间距及数量对上拔承载特性及极限上拔承载力影响因素进行数值模拟研究,通过对比优化确定螺旋锚复合基础参数。并以中国村镇典型单层生土结构为研究对象,对条形基础生土结构和螺旋锚复合基础生土结构进行地震反应分析,以此来研究适合村镇生土结构的抗震构造加固措施。基于非线性动力时程分析方法,提取结构顶层位移,研究螺旋锚复合基础对生土结构地震反应的影响。结果表明：①埋深比为 10.5,锚盘间距为 4.5D 时的双片螺旋锚上拔承载特性最好;②在地震动作用下,螺旋锚复合基础形式在一定程度上影响结构的整体抗震性能,螺旋锚复合基础使生土建筑的抗震性能显著提升;③螺旋锚复合基础在地震动作用下的轴力最大值未达到其极限上拔承载力,基础坚实可靠;④地震动作用下,螺旋锚复合基础降低了生土结构的破坏等级,提高了结构的性能水平。     

桩‑土相互作用下的桥梁高墩地震易损性复合参数分析∗

为更准确地预估桥梁高墩在地震作用下的损伤情况以及桩?土相互作用对高墩地震易损性的影响,以考虑高阶振型贡献的复合参数作为地震动强度参数,以综合位移延性比和弹塑性耗能差率的复合指标作为高墩的损伤指标,建立了墩柱、承台及桩?土结构体系模型,基于增量动力分析方法对上述体系进行非线性动力时程分析,绘制基于复合指标的桩?土相互作用下的桥梁高墩地震易损性曲线。结果表明：以所选复合参数作为指标进行地震易损性分析,可有效评估高墩抗震性能和损伤状态;考虑桩?土相互作用可更准确捕捉地震作用下结构损伤概率变化情况; 桩?土相互作用对较强地震动作用更为敏感。可为较高烈度地区的高墩桥梁抗震设计施工提供参考。     

伶仃洋海域土剪切波速预测方法研究∗

海床土体剪切波速（V_s ）是确定海床场地设计地震动参数及土?海洋工程结构体系动力分析所必须的一个基本的土动力参数。结合某伶仃洋跨海通道海床钻孔实测 V_s剖面,基于目前现有的研究成果,分别采用线性模型、二次多项式模型、幂函数模型和对数函数模型对比分析了陆域土 V_s与深度 H 的经验关系式对该海域土 V_s的适用性, 得出结论如下：V_s?H 关系的二次多项式模型适用于该海域砂类土（粗砂、细砂、粉砂）V_s的预测,V_s均随 H 的增大而增大;现存的陆域土 V_s?H 关系不适用于该海域黏性土（粉质黏土夹砂、粉质黏土）V_s的预测。引入土的密度 ρ 作为另一变量,建立了基于双变量 H 和 ρ 的海域黏性土 V_s的预测模型。此外,该海域淤泥和淤泥质土由于埋深较浅、土质柔软,其 V_s与 H 无明显的相关性。该成果可为伶仃洋海域工程建设中海床土体 V_s的确定提供科学的预测依据。