考虑地基刚度分区的能源支护桩有限元模拟北大核心CSCD

能源支护桩在工程实践中已有应用,但国内外相关研究甚少。以雄安城市计算(超算云)中心能源支护桩的应用为背景,使用COMSOL Multiphysics软件对深基坑桩锚支护结构进行了基坑开挖和变温过程的有限元模拟。在开挖模拟中通过对比模拟结果和现场实测数据,优化了模型参数设置,提出了同时考虑回弹区土体的卸载状态、剪切区土体的小应变刚度以及土体刚度随深度增加而增大的“地基刚度分区”建模思路;在基坑开挖模拟的基础上,研究了不同温度荷载对支护桩变形和内力的影响,并对如何在工程设计计算中考虑温度荷载对支护桩的影响提出建议。结果表明,考虑地基刚度分区的建模方法能有效优化基坑开挖线弹性模型的模拟结果,温度荷载对支护桩的变形和内力影响较小,工程设计时可以忽略。     

浅埋小净距隧道掘进爆破引起的地表振动特性模拟分析

基于隧道钻孔爆破时岩体的破坏过程及应力波传播特性,提出了能用于快速计算模拟爆破地震场的等效荷载施加方法。采用等效荷载施加方法对重庆双碑隧道浅埋段掘进爆破时的地表振动进行了数值计算,并将数值计算结果与现场实测振动数据对比分析,验证了该等效荷载施加方法用于模拟计算地表爆破振动特性的可行性。最后,通过计算浅埋小净距隧道两侧隧道掌子面处于不同位置关系时的地表振动情况,得到非主爆隧道开挖后形成的空洞区将对其上部的地表振动强度具有一定的放大作用,且放大倍数与该隧道掌子面同主爆隧道掌子面间的位置相关。     

岩质边坡开挖卸荷岩体参数特征分析∗

岩质边坡的开挖卸荷过程直接决定工程施工的安全性,边坡变形特征分析及有效数值模拟方法的选取至关重要。基于卸荷岩体力学理论与方法,开展红砂岩试件的室内常规三轴与三轴卸荷试验,分析其变形特征、卸荷量与变形模量之间的关系以及强度参数的变化规律,结合有限单元法构建考虑卸荷作用的算例模型,探究考虑边坡开挖卸荷作用所引起的应力释放后的岩体劣化分区问题,以及边坡动态开挖卸荷下的变形分析。研究结果表明：①当卸荷量达70% 和临近破坏时,其变形模量分别降低了10% 和50% 左右;②岩样卸荷力学状态下粘聚力有所降低,内摩擦角有所增高;③依据边坡初始应力场与开挖后应力场的对比分析从而确定强、弱卸荷影响区,算例模型表明考虑卸荷作用后水平位移净增量计算结果为不考虑卸荷作用计算结果的4 倍左右,且其分步开挖支护效果显著,计算结果更加符合工程实际。研究成果可对边坡岩体开挖卸荷数值计算提供一定的指导意义。     

综放采空区特性与氧浓度分布关系研究

在现场束管监测实验的基础上,分析总结了综放采空区特性.根据计算流体力学原理,采用FLUENT数值模拟计算软件,针对综放采空区的不同特性,分别对采空区氧化带和窒息带的关键划分指标"氧浓度"进行数值模拟.将模拟结果与实测结果进行比较,讨论了在考虑综放采空区不同特性情况下的数值模拟结果对采空区自燃"三带",即"散热带"、"氧...     

基于细观尺度的岩体开挖渐进破坏模拟研究

岩土渐进式地质灾害是当前岩土工程领域的重要研究课题。基于颗粒离散元法导出颗粒连接损伤模型,建立岩石细观离散模型,进行不同颗粒参数条件下的岩石单轴受压数值模拟。结果表明,岩石细观颗粒间相互黏结力是影响颗粒黏结破坏的主要因素;颗粒间摩擦系数是影响宏观强度的敏感参数,单轴受压试验形成接近45°剪切带,数值模拟与试验结果较好吻合,验证了该模型的合理性。建立岩体开挖细观离散模型,模拟不同地层条件下的开挖过程,对比分析了开挖未支护和支护情况下检测点的沉降差异。研究发现,未支护支撑下,深层开挖时,检测点的位移沉降较浅层开挖时明显;支护可以有效降低围岩变形,防止拉应力产生。本文从细观上揭示岩体开挖条件下渐进式破坏过程形成机制,为更深入研究岩土力学特性和滑动断裂的形成与发展等渐进破坏过程提供了理论和技术支撑。     

高速铁路沥青混凝土防水结构界面安全性分析∗

为了研究高速铁路无砟轨道底座板混凝土与全断面沥青混凝土封闭结构层之间抗滑移能力能否满足高速铁路行车安全,通过现场试验以及大型通用有限元分析软件ABAQUS对该界面进行对比分析。试验结果表明:现场试验最大剪切荷载为35 kPa,仿真计算结果最大剪切荷载为37 kPa,两者数值基本相同,且现场试验与仿真模拟的剪应力-位移曲线整体趋势一致。得到了满足高速铁路行车安全的结论,且为高速铁路全断面沥青混凝土防水结构设计提供了理论依据。     

基坑开挖对下方越江隧道变形影响的评价

采用数值模拟方法计算隧道附加纵向变形值,应用三次样条插值对其进行拟合,并通过曲线拟合方程计算基坑影响范围内隧道纵向变形曲率的分布,以判别隧道纵向差异变形的敏感位置,从而评价隧道在不同抽条开挖方式与不同开挖工况下的变形状态,为基坑支护的设计提供依据。研究表明:基坑中心位置隧道的纵向变形最大,隧道纵向变形曲率变化最大的区域为隧道纵向基坑围护结构的位置。说明对于由基坑开挖引起的近接隧道保护问题而言,在严格控制坑底隆起量的同时,更应关注基坑维护刚度对隧道结构变形的影响。通过施工工法、隧道纵向变形及隧道纵向曲率变化三方面的综合评价,得出顺向抽条开挖方式对隧道保护更加有利的认识。     

地表变形预测分析--发电厂典型例子研究

通过对地表变形观测数据的分析、拟合及训练,采用人工神经网络方法和数理方法对地表变形的规律及发展趋势进行预测,并与观测数据进行对比分析,得到了较好的结果,为控制地表变形的发展及工程处理提供了可靠依据.     

北斗Ⅲ变形观测系统性能测试与工程应用∗

针对传统工程观测方法存在的基准点选取困难、自动化程度低及可靠性差等问题,设计了北斗Ⅲ高精度变形观测系统。为验证该系统在地表变形观测中的观测精度及应用效果,通过模拟试验分析观测精度与通视条件、定位时段的关系,并将上述观测系统与传统方法进行对比。结果表明,在试验区域内,保证通视条件且定位时段为 12∶00~16∶00 时,BDS-Ⅲ变形观测系统垂直向定位精度优于 1.5 mm,水平向定位精度优于 1 mm,相同条件下,水平向定位精度由于垂直向定位精度;该系统能很好的保证观测数据的完整性,得到的观测值与传统水准观测值基本一致,适合用于高精度、自动化地表变形观测工程。     

地下通道浅埋暗挖对城市道路结构的影响

城市地下通道浅埋暗挖法施工会导致地层变形和地表沉降。采用通用有限元软件ABAQUS,对地下通道浅埋暗挖施工过程进行数值模拟,根据围岩开挖引起的位移响应和应力响应计算,结合现场实测数据,评价地下通道浅埋暗挖法施工对城市道路路面结构的影响,并讨论长管棚超前预支护对减小围岩开挖引起的路面结构附加弯拉应力的意义。分析结果表明:浅埋地下通道,围岩软弱,暗挖施工会引起显著的地层损失和路表沉降,这会导致沥青混凝土路面结构内形成较大的附加弯拉应力;采用长管棚超前预支护可控制地层损失和路表沉降,并可减小由此引起的路面结构附加弯拉应力。     

多支撑基坑开挖对邻近桩基影响的三维数值研究*

基坑开挖引起的地层移动对临近建筑物下桩基产生影响。运用岩土数值计算软件FLAC3D进行了多支撑围护基坑开挖对邻近桩基影响的三维数值研究,采用修正剑桥硬化土模型模拟土体的非线性应力—应变关系,桩基采用线弹性模型,桩土之间建立接触面。首先在标准问题中对不同桩顶约束条件的邻近桩基进行了研究,然后就围护墙体水平位移量、桩基与基坑开挖面的距离、桩基刚度、桩基长度和桩顶竖向荷载等因素对邻近桩基的影响规律进行了研究,计算结果与先前学者的工程实测结果进行了对比,与工程实测数据在其基本分布方面具有较高的一致性,可为相关的设计施工提供参考。     

基于频率变化的混凝土楼板损伤评价研究∗

提出了基于楼板模态频率变化的楼面板损伤评价方法,采用数值模拟对楼板损伤与频率的关系开展研究。 首先,对分层式与整体式两种楼板分别进行线性加载试验与等幅循环加载试验,并对后者进行了模态测试。在此基础上,提出了精细化数值模拟方法,并与线性加载的试件进行对比。最后,采用有限元数值模拟方法计算了基于整体结构频率的结构损伤与基于楼板频率变化的损伤。结果表明：①开裂后的楼板频率低于开裂前的楼板频率, 分层式楼板与整体式楼板开裂前后对应的自振频率相近;②精细化有限元数值模拟方法可较为准确地模拟楼板开裂损伤性能与开裂前后的模态变化;③已有基于整体结构频率变化的损伤评价方法无法准确反映楼板的损伤状态;④通过数值模拟计算出的基于楼板频率变化的损伤评价方法,可准确反映楼板开裂的损伤状态,为相应构件的损伤评价提供借鉴。     

粤赣高速公路K3边坡光纤监测与数值模拟对比分析

本文采用基于FLAC3D软件的数值模拟方法,对粤赣高速公路K 3边坡工程锚杆的应力应变状态进行数值模拟,分析了全长粘结式锚杆的荷载传递机理;根据运用基于自发布里渊背向散射原理(BOTDR)的分布式光纤应变传感技术对锚杆的轴向应变进行的监测数据,分析了工程锚杆的变形特征。数值模拟与实测数据的对比分析表明,模拟曲线与监测曲线反映的工程锚杆的变形特征具有较高的一致性,验证了应用FLAC3D有限差分软件模拟锚杆-框架体系应力应变特征的合理性,以及基于BOTDR的锚杆应变分布监测的可行性。     

超高层建筑上部结构—群桩—筏板—土共同作用下筏板性状风振响应计算与分析

风荷载是控制超高层建筑结构设计的主要因素。借助流体动力学采用大涡模拟方法,通过FLUENT和ABAQUS软件建立考虑风场和结构的流固耦合分析模型,运用MpCCI软件进行流固耦合面上的数据传递,以实现流体、固体相互作用。以国际上通用的风工程CAARC标准模型为对象,进行了考虑刚性基础和上部结构—群桩—筏板—土共同作用的风—结构流固耦合数值模拟计算和分析。结果表明:(1)本文方法计算结果与解析解基本一致,与前人的风洞试验和数值模拟结果基本一致;(2)流固耦合分析下,地下室侧面土体可抵抗一半以上风荷载在筏板处引起的附加弯矩,风荷载引起的筏板平均附加弯矩远小于自重产生的弯矩。计算方法和计算结果可以为风荷载作用下对地基基础的研究和流固耦合问题分析提供参考。     

建筑风载数值模拟的影响因素

通过对建筑物周围风场的计算流体动力学(CFD)模拟计算与原型试验结果的比较,分析了在应用CFD计算时应该考虑的计算区域、进口边界条件、湍流模型和网格划分等各种相关因素对CFD数值模拟结果准确度的影响.结果表明,在各种影响因素中,计算区域影响相对较小,而进口边界条件、网格划分和湍流模型的影响相对较大;而且进口边界条件中速度分布对计算结果的影响大于湍流强度分布对计算结果的影响,是进口边界条件中的关键部分.同时,根据上述比较,建议在网格划分中,对几何外形简单的单个建筑的数值模拟计算,优先采用结构化网格划分方法;对于湍流模型的选择,一般的工程应用中,建议在初步设计阶段选择RNGκ-ε湍流模型,而在最终设计阶段采用雷诺应力模型.     

液化侧扩流场地桩基动力反应振动台试验数值模拟

针对已完成的振动台试验,采用OpenSees数值模拟计算平台,建立液化侧扩流场地群桩振动台试验数值模型。该模型中,采用线弹性梁柱单元模拟桩和挡墙,采用刚性连接单元和零长度单元模拟桩-土界面。自由水体通过施加节点孔压和节点力模拟。引入多屈服面塑性本构模拟饱和砂层,采用两相完全耦合的u—p形式模拟土体位移和孔压。通过对比振动台试验结果表明,建立的有限元数值模型能够可靠地再现砂层和桩基的动力响应,进而验证数值模型的可靠性。同时,针对两个代表性时刻,分析了桩-土体系的侧向变形响应。所采用的分析方法和相关结论也为同类桩-土体系数值模拟提供一般性分析方法和思路。     

渗流作用下节理型黄土开挖边坡塌滑破坏分析

黄土节理在黄土地区普遍发育.通过野外现场地质调查。发现调查区域黄土开挖边坡垂直节理较多,不稳定的黄土边坡体被黄土垂直节理分割后,与其下部缓倾角黄土节理组合而成的裂隙滑动面在降雨作用下往往能形成塌滑破坏。建立了调查区域露天煤矿某黄土开挖边坡的概化三维数值分析模型,模拟分析了在3种降雨条件(20 mm/d,40 mm/d,100 mm/d)下降雨2 d后概化模型的孔隙水压力、位移、塑性区面积情况,提出此类黄土开挖边坡应注意黄土垂直节理与缓倾角黄土节理组合而成的裂隙滑动面的防治,为工程地质条件地区相同的黄土开挖边坡塌滑变形破坏分析以及防治提供了一种可行的分析方法。     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

城市地铁盾构施工地层变形三维数值模拟分析

富水砂层条件下,盾构施工问题多、风险大、施工变形难控制。以南昌地铁某区间盾构隧道工程为研究背景,采用有限差分软件FLAC3D建立了三维盾构施工力学模型,对富水砂层条件下的盾构施工过程进行动态数值模拟,并结合现场实测数据分析了盾构施工引起的地表沉降规律。结果表明:盾构施工引起的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降发生在隧道中心正上方,最终形成的沉降槽宽度约为6倍隧道外径;盾构施工引起的纵向地表沉降呈"S"形,盾构开挖面前方表现为隆起,开挖面后表现为沉降,在开挖面后一定距离逐渐趋于稳定;开挖面支护力对稳定开挖面土体及减小地表沉降有较大影响;盾构进洞与出洞施工中存在较大风险,应采取相应的工程措施以保证盾构施工安全进行。所得结论可供南昌地铁区间盾构隧道设计与施工参考。     

某水电站进水口边坡变形特征及稳定性评价

某水电站是澜沧江中、下游梯级开发的关键工程,其进水口高边坡地质条件复杂。通过对该电站进水口边坡的物质组成、结构特征、以及边坡开挖等因素的综合分析研究,阐述了其变形机理,说明此高边坡存在如下变形破坏形式:①楔形体滑动破坏;②扩展式的平面型塌滑和滑移型崩塌破坏;③卸荷松弛变形破坏。采用三维块体分析和有限元数值模拟,分析了这类边坡在开挖过程中的应力变形特征及其变化规律。