基于FLAC~(3D)的土钉内力分析

结合某基坑土钉支护实例,采用FLAC3D对土钉在开挖过程中的受力性能进行了模拟和分析。根据土钉支护结构的开挖、支护情况,研究了土钉的内力分布规律,得到了基坑在开挖过程中土钉的轴力、剪力变化规律。利用试验数据对模拟结果进行了验证,模拟结果与试测值基本吻合,研究成果近一步解释了钉土的相互作用机理。     

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。     

西安地区饱和软黄土工程地质特征研究

饱和软黄土是黄土地区一种特殊性岩土。结合西安城区和北环铁路工程勘察的结果,分析了西安地区饱和软黄土的分布规律及其物理力学性质,讨论了饱和软黄土分布上的差异,从地质环境角度探讨了北环铁路饱和软黄土分布的成因,提出了上层滞水含水层也存在饱和软黄土的观点。     

两结点简支的弹性基础框架的变形分析

基于初参数法, 研究了均布载荷作用下、两结点简支的弹性基础闭合框架的变形与内力 分布规律. 首先给出了两端弹性支撑的有限长弹性基础梁的挠曲线计算式, 根据结构的边界 条件和对称特性, 不考虑两结点处的位移边界条件, 取出一个局部结构进行了分析; 进而利 用位移和内力的边界条件确定了局部结构的初参数, 并根据结构的对称性得出了整个结构的 内力分布; 最后按照整个结构的位移边界条件, 对以上位移计算结果进行修正, 得出了框架 实际的挠度解析计算式.     

烟囱倾倒过程受力分析

本文在分析烟囱倾倒运动规律和倾倒过程的内力分布的基础上，给出了任意时刻烟囱内力分布的计算公式．指出烟囱在倾倒过程中发生破坏是由弯矩造成的，剪应力不构成对烟囱的破坏     

隧道开挖影响下地层-基础体系的接触力学响应分析

针对隧道正交下穿既有结构施工力学响应的预测问题, 建立了考虑多体接触作用的隧道施工扰动下地层?基础体系力学响应解析预测方法. 该方法将地层视为均匀各向同性的线弹性体, 通过引入接触理论考虑地层与基础间的接触作用, 并提出“隧道开挖与基础作用换序求解”的新解析思路,确定了最终状态接触压力, 解决了隧道开挖及多体接触耦合作用下接触压力难以确定的问题, 进而依据弹性力学解的叠加性获得目标问题的解析解答. 通过对比该解析解与ABAQUS数值解, 发现两者吻合良好. 基于本方法开展参数分析, 研究了地层参数、隧道埋深、隧道边界径向位移以及外荷载集度对地表竖向附加位移、接触压力和基础内力分布的影响规律. 结果表明: 本方法可准确预测地层?基础体系的接触力学响应, 实现了地层与基础间接触力学行为的量化描述; 地层杨氏模量和泊松比对地层?基础体系力学响应的影响分别侧重于变形和受力, 而隧道埋深和隧道边界径向位移变化对受力变形均有较大影响; 地层位移受隧道开挖扰动与多体接触效应的耦合作用, 且接触影响范围局限在接触区域附近; 隧道开挖使接触压力产生“中间释放、端部集中”的重分布现象, 并由此造成基础内力的大幅增长. 当开挖扰动剧烈时, 甚至产生竖向位移不连续的脱空接触现象. 研究成果对城市浅埋隧道施工影响下地层?基础体系力学响应预测具有重要的理论意义和应用价值.      

甘肃引洮供水工程饱和黄土工程地质研究

当黄土分布区地下水埋深较浅时,黄土常呈饱和状态,不具湿陷性,简称饱和黄土,甘肃引洮供水一期工程总干渠13#、14#、15#隧洞通过饱和黄土,通过常规土工和扫描电子显微镜等综合测试,对饱和黄土的显微结构及化学成分进行了研究,并探讨了其微观结构与物理力学性质及工程特性之间的关系,认为应选择盾构法进行饱和黄土隧洞开挖。     

基于破坏接近度的地铁隧道流固耦合稳定性分析

合肥地铁1号线盾构隧道下穿南淝河,施工中存在安全风险。运用FLAC3D进行了隧道盾构开挖过程的模拟,基于破坏接近度(FAI)对盾构隧道开挖过程中的岩土体稳定性进行分析。通过破坏接近度指标能够全面直观地评价隧道周围各区域岩土体的稳定性程度,定量给出损伤区和扰动区的范围。数值模拟结果表明:盾构开挖使隧道周边土体孔隙、水压力较初始值显著降低,导致了隧洞周边水力坡降增大,进而使地下水向隧洞拱顶及两侧流动,这些部位有发生涌水的可能;盾构开挖过程中,岩土体渗流场产生的渗流作用力对应力场分布产生较大的影响,在流固耦合条件下,隧洞周边岩土体FAI显著增大,部分区域已进入损伤区;在掌子面推进的过程中,当掌子面在分析断面前后2个开挖步数范围内时,断面的破坏接近度的分布变化明显,表明该范围内土体稳定状态受开挖扰动影响显著。研究盾构开挖过程中的破坏接近度分布及演化规律对施工中采取相应施工措施具有重要的指导意义。     

公路路基黄土湿陷性评价问题

公路工程对湿陷性黄土的研究基本上是采用房建建筑的规范和试验规程进行勘察和设计,由于公路路基的工作环境和受力状态与房建工程地基差异很大,将房建建筑的规范直接应用于黄土地区高等级公路的湿陷性评价与计算存在着盲目性、不合理性,更为重要的是缺乏针对性。本文通过对现有规范在路基黄土湿陷性方面的合理性与实用性研究,结合降雨入渗的分布规律,提出了适合黄土地区高速公路的路基黄土湿陷性评价方法与模型。     

刚性环梁支撑圆形基坑支护结构变形解析解

将圆形基坑支护结构视为弹性圆柱壳，利用广义Delta函数和Heaviside函数，基于圆柱薄壳轴对称弯曲变形的控制方程，利用Laplace变换及其逆变换，得到了具有任意数目刚性环梁支撑的圆形深基坑支护结构变形的解析解．在此基础上，以某一圆形基坑工程为背景，分析了基坑底部混凝土底板、支护结构底部边界条件、基坑开挖深度以及支护结构的几何和物理参数等对支护结构变形和内力分布的影响，结果表明：随着基坑半径和挖掘深度的增大，支护结构的位移和内力增大，但随着支护结构厚度的增加，径向位移减小，而内力增加．同时，随着支护结构弹性模量的增加，基坑位移减小，但内力几乎没有变化，这些结果为圆形基坑支护结构设计提供了理论依据和指导．     

黄土湿陷性的微结构不平衡吸力成因论

分析了黄土粒间吸力的基本特性及其湿陷的微观过程,探讨了黄土在应力状态作用下由于浸水增湿而产生的微结构单元体滑移动力和阻力随饱和度、上覆土压力的变化规律,提出了微结构与广义吸力综合效应的湿陷性控制机理---微结构不平衡吸力成因论及其定量模型,从理论上分析了湿陷性与增湿水量、压力及深度的关系,揭示了土湿陷效应的内在规律。文中认为,湿陷过程就是水的楔入导致小孔隙广义吸力的逐渐丧失和大孔隙湿吸力的逐渐增大引起的微结构重建动力与重建阻力间的动态对抗过程。最后,讨论了湿陷的基本条件及影响因素。     

下伏软弱层黄土边坡变形机制分析及治理对策研究

本文研究了陕北某电厂夹断层破碎带上覆黄土的泥岩、砂岩互层反倾边坡的变形机制,并研究治理对策及其治理效果。通过边坡工程地质条件及变形破坏特征分析,建立FLAC3D地质模型,采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制,在此基础上提出削方减载、锚筋桩、锚杆及坡面防护的综合治理措施。研究结果表明,边坡的变形受开挖坡形的影响,坡体浅表层特别是断层带及坡顶黄土部位出现大范围拉应力集中,断层带出现向坡外的挤出变形,带动上部黄土的牵引式变形,引起沿黄土和基岩基覆界面的剪切变形,在黄土中出现大量拉裂缝,在一定条件下潜在滑移面逐渐贯通,坡体将产生整体失稳。边坡的治理应通过削方减载改善坡体应力环境,并重点控制断层带及黄土与基岩基覆界面的变形,数值模拟结果表明,治理后边坡稳定性较好,满足设计要求。     

黄土地区超长钻孔灌注桩荷载传递性状试验研究

通过西安黄土地基中超长钻孔灌注桩静载荷试验和桩身轴力的测试,探讨了黄土地基中超长钻孔灌注桩的承载力 性状和荷载传递规律。超长桩桩身轴力的传递规律和侧摩阻力的发挥性状对黄土地基中超长桩的理论研究和工程应用具有 重要的参考价值。     

粘弹性岩体中支护圆形洞室施工过程的解析分析

地下洞室的开挖与支护是逐步的连续过程。对具有流变效应的粘弹性岩体,流变时效与施工效应发生耦合,变形与时间相关。针对深埋圆形洞室的施工,用半径时变函数模拟断面开挖过程。当岩体模拟为任一粘弹性材料时,将方程进行拉普拉斯变换求得位移通解,逆变换后代入边界条件确定待定函数,最终得到用洞周面力表达的围岩应力、位移统一解。区分开挖与支护时段,将半径时变函数、洞周面力不同表达式代入,利用支护后围岩与弹性支护接触条件建立关于支护力的Volterra积分方程。当岩石模拟为Boltzmann粘弹模型时,代入材料参数可求解积分方程得到支护力的确切表达,并进一步求得开挖过程及任意时刻支护后应力、位移分段解析表达式。表达式和算例分析表明:加支护后的径向位移增长呈指数形式变化且最终稳定于某一数值。最终洞型相同时,采用不同断面开挖速度且挖完立即支护时,开挖较快的情况位移变化较剧烈,而支护后最终稳定位移较小;但是,相应支护阶段产生的位移较大,支护力也较大。文中给出的方法可用于计算圆形洞室半径任意开挖并加支护后的应力、位移,适用于任一粘弹模型岩体的施工分析。     

Effect of bucket-wheel scale on excavation forces and soil motion

Bucket-wheels enable planetary rovers to perform lightweight digging operations in support of sustained space exploration. Using an excavation tool whose performance scales well for robots of varying sizes builds confidence in a wide range of future digging missions, much as scaled versions of the rocker-bogie suspension have enabled mobility for Mars rovers of vastly different sizes. Bucket-wheel excavation force increases approximately with the cube of excavation dimensions. The excavation forces were measured for bucket-wheels of different scales at proportionate depths and advance speeds, and these results were compared to predictions by excavation models. Analytical and empirical investigated models exhibit force scaling tendency similar to experiment despite their independent backgrounds. Soil particle motion imaging shows that a curved shear interface is prevalent for the conditions tested. This agrees with literature and allows the application of analytical models.     

预应力锚索复合土钉支护的现场测试研究

结合北京熊猫环岛地铁车站深基坑支护工程,通过对预应力锚索与土钉联合使用条件下土钉轴力随时间变化、土钉轴力沿长度的分布、土钉轴力最大值的分布、锚索预应力的变化等现场测试及分析,从力学机制上研究了预应力锚索复合土钉的工作机理,研究表明:(1)土钉受力具有时间效应及开挖效应;(2)土钉轴力形成和空间分布与基坑潜在滑动趋势有关;(3)预应力锚索对作用范围内土钉轴力空间分布有一定影响;(4)预应力锚索可减小坡体位移,使得各土钉轴力相对减小,改善坡体应力状态;(5)工作状态下,土钉和预应力锚索的受力状态变化相互影响较小,各自发挥作用。     

Digging and pushing lunar regolith: Classical soil mechanics and the forces needed for excavation and traction

There are many notional systems for excavating lunar regolith in NASA’s Exploration Vision. Quantitative system performance comparisons are scarce in the literature. This paper focuses on the required forces for excavation and traction as quantitative predictors of system feasibility. The rich history of terrestrial soil mechanics is adapted to extant lunar regolith parameters to calculate the forces. The soil mechanics literature often acknowledges the approximate results from the numerous excavation force models in use. An intent of this paper is to examine their variations in the lunar context. Six excavation models and one traction model are presented. The effects of soil properties are explored for each excavation model, for example, soil cohesion and friction, tool–soil adhesion, and soil density. Excavation operational parameters like digging depth, rake angle, gravity, and surcharge are examined. For the traction model, soil, operational, and machine design parameters are varied to probe choices. Mathematical anomalies are noted for several models. One conclusion is that the excavation models yield such disparate results that lunar-field testing is prudent. All the equations and graphs presented have been programmed for design use. Parameter ranges and units are included.