在底部动静载作用下预应力注浆锚索的动态响应研究

为了使预应力注浆锚索能起到更好的抗动载效果,利用数值分析方法研究了动静载作用下预应力注浆锚索的动态响应。结果表明:在底部平面应力波作用下,锚索单元轴向拉应力和锚索水泥浆剪应力会发生波动,中间锚索轴向拉应力波动幅值普遍比两侧锚索轴向拉应力波动幅值大,离锚头较近的三个单元波动更明显;中间锚索的水泥浆剪应力峰值普遍比侧锚索的要小,从锚头到锚端,锚索单元第一个波峰的高度是先增加后减小,并且最大第一个波峰的高度位置也不相同。     

动载强度和锚固段长度对锚固洞室动态响应的影响研究

为了给动载下锚杆支护设计提供参考,基于模型试验,利用数值分析方法研究了动载强度和锚固段长度对锚固洞室的动态响应影响。结果表明:压应力、位移、振动速度、振动加速度时程曲线的振动规律与模型试验的结果比较相似;在相同动载作用下,随着锚固段长度的增加,自由锚加固洞室的拱顶位移峰越来越大,锚固洞室的振动速度和振动加速度峰值也随锚固段长度的增加越来越大;随着动载强度的增强,除了动载比较小外,全长加固洞室拱顶的位移峰值均比自由锚加固洞室小;正、负向拱顶振动速度峰值都增大,拱顶负向振动速度峰值增加的速率比正向振动速度峰值增加的速率快;全锚加固洞室都是负向振动加速度峰值大于正向振动加速度峰值,自由锚加固洞室拱顶振动加速度从负向小于正向到负向大于正向,负向、正向振动加速度峰值比值逐渐增大。     

爆破开挖扰动下锚固节理岩质边坡位移突变特征与能量机理

针对白鹤滩水电站左岸坝基河谷底部边坡岩体爆破开挖,采用现场岩体位移监测、锚索轴力监测及数值模拟的手段,研究了爆破开挖扰动下锚固节理岩质边坡的位移突变特征及其能量机理。研究结果表明:对于深切河谷底部高地应力边坡岩体爆破开挖,爆炸荷载挤压及地应力作用下,岩体所积聚的应变能快速释放,导致了节理岩质边坡的位移突变,突变位移包括节理张开位移和岩体回弹位移两部分;地应力水平越高、岩体弹性模量越低,总的突变位移量越大;预应力锚索主要通过抑制节理张开位移来控制边坡岩体的位移突变,锚索预应力等级越高,其吸能和释能速率越高,对节理岩体位移突变的控制效果越好,当锚索的预应力等级高到一定程度后,节理岩体的突变位移不再随锚索预应力等级的升高而显著减小。     

爆破作用下山岭隧道锚固壁动态响应及衬砌的影响研究

基于现场位移收敛计监测数据,利用FLAC3D研究了拱桥铺山岭隧道在底部爆破作用下锚固壁动态响应及衬砌的影响。研究结果表明:通过静载下位移对比及应力波传播规律分析,说明数值分析结果比较可靠;由于衬砌能够很好地限制隧道动态位移,所以使隧道拱底正下方1.42m范围内的垂直压应力峰值明显增大,在与拱脚同一水平方向9.51m范围内的垂直压应力峰值也明显增大,并且离拱脚越近增大越明显;隧道衬砌对锚固壁拱底位移、振动速度、振动加速度的运动规律没有影响,都是先向隧道中心方向运动;而其它监测点由于衬砌的"拱作用"使锚固壁位移、振动速度、振动加速度的运动规律相反,并且衬砌能使隧道锚固壁振动最强烈位置(拱底)的位移峰值、振动速度峰值、振动加速度峰值分别减小76.6%、9.4%和5.0%。     

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。     

锚杆防治软岩巷道底臌的分析

利用理想刚塑性理论分析了松软围岩巷道产生底膨机理，在实践基础上提出了沿巷道墙基打角锚杆对防止软岩巷道底臌有明显作用，并推算了锚杆支护参数的计算方法。这对于简化软岩巷道施工工艺，降低巷道支护成本有一定的指导意义。     

预应力锚索抗滑桩中预拉力合理值的探讨

结合目前抗滑工程设计现状及预应力锚索抗滑桩桩土相互作用的特征, 引入接触单元并 改进有限元FCEP2D 软件进行计算, 得到抗滑桩锚固段的受力、弯矩和位移规律; 进而分析了不同预应力、不同滑坡推力工况下的抗滑效果, 提出了预应力锚索抗滑 桩的最佳预应力, 对工程设计具有一定的指导意义.     

黄土中压力型锚索锚固段应力分析

为研究黄土地区压力型锚索锚固机理，根据压力型锚索锚固段受力状态，基于三线型剪切-滑移模型，推导了注浆体与岩土体界面在弹性阶段所对应的剪应力及轴向应力分布的闭合解．根据相关压力型锚索锚固试验数据，采用推导的闭合解计算了不同张拉荷载作用下界面的剪应力分布，并与试验结果进行了对比．结果表明，各级张拉荷载作用下注浆体/岩土体界面剪应力的分布及其最大值与试验结果基本吻合，验证了本文提出解析模型的正确性与可靠性；压力型锚索锚固界面剪应力呈指数分布规律，在承压板附近剪应力分布集中且应力较大，随着离承压板距离的增大，剪应力逐渐减小；压力型锚索锚固界面剪应力峰值随外荷载增大而增大．研究结果可为压力型锚索的设计和计算提供一种理论参考．     

INFLUENCE OF DISPLACEMENT OF SATURATED SAND STRATUM ON PRE-STRESSED ANCHORS

土层变形是造成预应力值波动甚至失效的重要原因. 利用载荷位移传递函数,基于弹性理论建立了饱和粉细砂层变形过程中锚索受力模型,通过实例研究了锚索预应力值在施工过程中的变化规律及锚固体在地层变形中的受力特性,结果表明锚固体接触面剪切刚度,锚索倾斜角度以及锚固体直径都是影响锚固体内力及接触面剪切应力的重要因素,为类似的预应力锚索支护工程的设计施工提供经验.     

竖向预应力锚索抗滑桩的优化研究

竖向预应力锚索抗滑桩是一种锚索从桩顶竖向穿过抗滑桩,直接嵌入基岩以下的新型抗滑桩。本文以某滑坡治理工程为例,采用数值模拟方法,研究竖向预应力锚索抗滑桩的内力,从桩长、锚固力、偏心距几个方面对竖向预应力锚索抗滑桩的桩身结构进行优化研究。模拟研究结果表明,其他条件不变时,竖向预应力锚索抗滑桩随着桩长的减小,桩身弯矩最大值变化不大,剪力最大值呈增大趋势; 随锚固力增加,桩身内力最大值均呈先减小后增大的趋势,表明选取合适的锚固力对桩身内力影响很大; 随着锚索偏心距的增大,桩身内力最大值均逐渐减小。优化结果表明,竖向预应力锚索抗滑桩锚固段比悬臂桩减少16.7%,桩身剪力最大值减少31.7%,桩身弯矩最大值减少41.1%。竖向预应力锚索抗滑桩是一种有应用前景的抗滑桩。     

气液两相段塞流作用下管道流固耦合动力学分析

气液两相流的不稳定流动和管道动力响应之间的耦合作用是引起管道振动问题的直接原因。本文通过轻烃回收重沸器管道的流固耦合动力学数值仿真和气液两相流理论分析,深入研究了管道振动内在机理,发现了垂直管段中段塞流是引起管道振动的原因。通过研究现场工况中不同气液组分下段塞流的流动规律,进而进行了管道流固耦合动力学分析,获得了不同工况下管道振动响应。数值结果表明:稳定段塞流和不稳定段塞流冲击作用下管道振动显著;在强烈段塞流作用下,管道振动峰值更加显著,振动峰值超过10mm,振幅峰峰值也超过8mm。研究揭示了气液两相段塞流作用下管道的振动特性,为这类典型管道振动问题的治理提供了理论和方法依据。     

孔底空腔爆炸应力场分布的动光弹试验研究

在保护层开挖中,孔底空腔装药爆破的方法被证明对保护建基面是行之有效的。为了研究炮孔孔底空腔装药结构的爆炸作用机理,运用动光弹试验模拟介质受到爆炸载荷作用下的动态响应,分析了不同装药结构的孔底应力场分布情况及其作用规律;文中介绍了动光弹模型试验设计参数,通过对试验中条纹级数与比例距离曲线的对比分析,得出了合理的孔底空腔能有效地降低爆炸峰值压力和有利于保护建基面的结论。     

深基坑支护方案设计与数值模拟分析

深基坑桩锚支护中锚杆的布置形式对支护效果有较大的影响。本文以某深基坑支护方案为背景,结合不同工况,采用有限差分软件FLAC3D模拟分析锚索预应力、锚固段长度、锚索竖向间距、锚索入射角与基坑最大侧向位移和锚索最大轴力的曲线关系,得出锚索布置对支护效果的影响规律。结果表明:通过施加适量预应力可较好地改善基坑侧向变形;在满足锚固锁定能力的前提下,可适当减少锚固长度以减小锚索轴力值;竖向间距并非越小越好,应以改善支护桩受力为前提;锚索入射角较小时对锚固支护有利,但应考虑场地条件。通过对支护方案的补充分析,以期为今后类似深基坑支护方案优化设计提供借鉴,从而达到减少建设成本的目的。     

高应变率载荷作用下P110S管材力学性能实验研究

油管在生产服役过程中常承受射孔冲击、流体诱发振动等动载作用,引起管柱塑性弯曲、断裂等事故。为了量化动载系数和动载作用下管材屈服极限提高幅度,获得以Johnson-Cook为代表的材料动态本构模型关键参数,提高动载作用下管柱强度安全分析精度,以油田常用P110S管材为例,进行静载下的轴向拉伸实验和高应变率冲击下的力学性能实验。结果表明,静载下P110S管材屈服极限775MPa,比标称值758MPa高出2.2%;强度极限835 MPa,强屈比1.08。应变率500s~(-1)动载作用下,管材的屈服极限比静态实测值提高了15.5%;应变率1000s~(-1)动载作用下,管材的屈服极限比静态实测值提高了41.4%。应变率为500s~(-1)的P110S管材动载实验对应流体诱发引起的管柱振动,其强度降低4.5%;应变率为1000s~(-1)的P110S管材动载实验对应射孔冲击引起的管柱振动,其强度降低8.6%。本文通过实验确定了管材Johnson-Cook动态本构模型的关键参数,可为动载作用下的精确有限元仿真分析提供依据。     

磁场中轴向运动导电薄板的强迫振动分析

对磁场环境中轴向运动导电薄板的磁弹性强迫振动问题进行了研究。在给出薄板运动的动能、应变能、电磁力虚功的基础上,应用哈密顿变分原理推得了磁场中轴向运动矩形薄板的磁弹性振动方程;基于麦克斯威尔电磁场方程并考虑相应的电磁关系式,得到了薄板所受电磁力的表达式。针对横向磁场中矩形板的强迫振动问题,通过位移函数的设定并应用伽辽金积分法,分别得到了对边简支-对边自由、对边夹支-对边自由两种边界约束条件下轴向运动薄板的磁弹性强迫振动微分方程。通过数值算例,给出了横向磁场中均布动载作用下对边夹支对边自由边界约束条件下轴向运动矩形板的振幅放大因子随频率、轴向速度、磁感应强度的变化规律曲线图。结果表明：频率比和轴向运动速度的改变,均使振幅放大因子在共振区出现了峰值,外加磁场则起到了电磁阻尼的作用。     

主动隔振下固支薄板基础振动抑制的参数多目标优化

考虑动力设备-隔振器-薄板基础为复合主动隔振体系,并将薄板视为固支形式;以传递力作用在薄板基础上某点导纳为中间变量,在传递力、导纳、薄板振动峰值位移及峰值点距离影响因素分析的基础上,进行了系统耦联参数的多目标优化研究。优化算法采用较新的强度Pareto进化算法(SPEA2),该算法具有参数设置少、收敛速度快、寻优能力强及Pareto最优解分布均匀等优点。目标函数考虑为薄板振动的位移峰值及峰值点间的距离,目的是在有效控制薄板振动的同时,尽可能地使薄板趋于单峰值点振动,这对于板上附属操作设备及工作人员是有利的;最后,在最优参数的基础上对隔振器的安装位置进行讨论研究。数值计算结果表明,本文方法可有效地计算出隔振系统的最优参数,并为工业建筑及其他工程振动的最优隔振设计提供新思路。     

不耦合爆破技术在高应力区域卸压效果

为了研究不耦合爆破技术在巷道高应力区域的卸压原理及效果，采用室内实验和现场验证相结合的方法开展了研究。研究结果表明:在承压试件的爆破实验中，爆破对承压试件具有明显卸压作用，但由于碎胀应力的存在使爆破后应力恢复速率有所升高，因此提出爆破与排粉预裂钻孔联合卸压方法。对现场高应力区域巷道帮部卸压效果进行验证的结果表明，该方法对缓解巷道近场高应力集中具有较好效果。     

多维地震波作用下地铁车站及场地的地震反应

研究了不同类型多维地震波作用下地铁车站及软土场地的地震反应特征。以上海软土场地条件下的某双层地铁车站为背景,采用有限元方法建立了描述场地土与地铁车站结构相互作用的二维非线性力学模型,其中利用等效线性化方法模拟了土的非线性。以不同类型基岩的多维(含水平向和竖向）地震波作为输入,运用ANSYS软件数值分析了软土场地中地铁车站结构及场地的地震反应,比较了不同类型地震波作用下地铁车站结构和场地地震反应的差异．算例结果表明：在长周期地震波作用下地铁车站结构的内力响应峰值以及场地地表的加速度响应峰值和位移响应峰值均明显大于普通地震波作用下的相应值;考虑竖向地震动时双层地铁车站底层中柱的柱底轴力较单一水平向地震动作用的情形有明显增大;地铁车站的存在使结构上覆土层加速度响应峰值和位移响应峰值有所降低．     

考虑塔梁影响的斜拉索随机激励参数振动分析

为了揭示随机激励下斜拉索参数振动特性，考虑塔、梁协同振动的影响，建立了高斯白噪声激励下斜拉索-桥塔-桥面梁耦合振动微分方程，推导了耦合体系的伊藤状态方程组，采用Milstein-Platen法构造了斜拉索振动时程求解迭代格式，研究了斜拉索振动的时程、统计和频域特性，分析了桥塔侧向扶正作用、激励强度和索塔梁初始位移对拉索振幅产生的影响．结果表明：随机激励下斜拉索振动呈现出双“拍”振现象，“拍”幅值和周期具有随机性；拉索随机位移均值、均方差在振动初期具有长时间的非平稳特性；拉索响应幅值对应的频率和拉索功率峰值对应的频率基本一致，但随机激励下的拉索幅值和功率峰值更大；拉索振动概率密度曲线满足高斯分布和马尔科夫性质；桥塔侧向扶正作用越强，拉索振幅越小；激励强度越小，拉索振幅越小；各结构初始位移越大，拉索振幅越大，且对桥面梁初始位移越敏感．     

预应力锚索抗滑桩设计中确定锚索预应力值的一种方法

在现有预应力锚索抗滑桩设计中确定锚索预应力值的各种方法的基础上 ,考虑了预应力锚索抗滑桩在工作期间承受滑坡推力的变化 ,提出将锚索、桩及桩锚固段周围岩土作为一个整体根据长期作用荷载来进行锚索预应力值计算的方法 ,对于短期作用的最危险荷载则在锚索与桩的承载力设计中予以考虑。算例分析表明 ,该方法能使锚索桩长期处于较为有利的受力状态 ,从而提高了其安全余量