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．     

在动载作用下钻孔卸压和预应力注浆锚索底臌治理巷道的动态响应研究

利用数值分析方法研究了常村矿井巷在动载作用下原巷道、钻孔卸压、预应力注浆锚索底臌治理巷道的动态响应。研究结果表明:在锚索加固区范围内预应力注浆锚索底臌治理巷道相对于原巷道和卸压孔底臌治理巷道的应力峰值均有所减小;原巷道和卸压孔底臌治理巷道在动载作用下引起的位移增量比较接近,而预应力注浆锚索底臌治理巷道位移增量明显要小于原巷道和卸压孔底膨治理巷道位移增量;每种支护形式的底板是振动最剧烈的地方,注浆锚索底臌治理巷道拱底振动速度和振动加速度峰值最大,其次是卸压孔底臌治理巷道,最小是原巷道。研究结果可为动载作用下矿井巷底臌的治理技术设计提供参考。     

现场实测结构温度对半刚性沥青路面性能的影响

针对中国特色的半刚性基层沥青路面,在广韶高速公路瓮城段进行为期一个月高温期的现场温度观测。运用三维有限元方法,结合现场实测温度,分析了半刚性沥青路面结构的最大拉应力、最大剪应力和最大路表弯沉在荷载和荷载耦合作用下的变化情况。结果表明,随着路面深度增加,温度波动的幅度逐渐减小;路面内的最高温度相对大气和路表温度滞后约1小时;沥青路面内部温度高于表面温度;大气、路表和路面内部温度变化基本同步,温度波峰与波谷的出现频率相同;在温度和荷载综合作用下,路表以下2cm深度范围内易出现因拉应力不足造成的开裂破坏;路表以下10cm深度范围内,较易出现剪切破坏;高温温度场的存在虽不会明显增大路面结构各层的拉应力与剪应力,但会明显增大路表弯沉,故易产生车辙破坏。     

砂土中螺旋锚基础水平振动特性的模型试验研究

在水平激励作用下,钢管螺旋锚基础-土的动力相互作用具有明显的非线性特性。基于自制的锚土动力相互作用模型试验系统,对砂土中不同锚体几何结构的钢管螺旋锚的水平振动响应特性进行了研究,具体分析了螺旋锚长径比(L/D)、叶片距宽比(S/D0)、叶片外伸比(D0/D)、不同荷载幅值(F0)和振动频率(f)等对螺旋锚水平动力响应特性的影响,并与直桩进行了对比分析。通过研究螺旋锚周围土体的应力扩散,讨论了水平动力荷载作用下螺旋锚-土的相互作用规律。研究结果表明:长径比(L/D)是影响直桩和螺旋锚水平动力响应特性的重要因素;在锚径相同的条件下,锚土系统的共振频率随锚体长径比的增加而减小,随叶片外伸比的增加而增加,但对叶片距宽比相对不敏感;在锚体几何结构相同的前提下,激振荷载幅值越大,直桩土系统的共振频率越小,但激振荷载幅值对螺旋锚土系统共振频率的影响相对较小。     

核电厂安全壳施工和运行阶段应力分析

核反应堆安全壳是确保核电厂安全的关键设施,同时也是防止放射性物质扩散的最后一道屏障.基于法国电力集团(EDF)进行的缩尺比例为1/3的无钢衬里安全壳Benchmark试验模型,应用大型通用有限元软件ABAQUS建立了其有限元模型.有限元模型中混凝土、普通钢筋和预应力筋采用分离式建模;通过在预应力筋单元上加预拉应力的方法考虑了预拉应力的作用.分析了该有限元模型在预应力张拉过程以及0.52MPa的绝对内压下的受力性能,重点研究了模型穹顶和圆柱形筒壁的内外表面在这两种工况下的拉应力分布.分析表明,该安全壳模型在两种工况下基本处于受压状态,拉应力集中的区域是预应力筋分布稀疏或预应力值较小的区域,预应力筋良好的起到了防止混凝土受拉的作用,能够满足设计要求;危险部位是穹顶与环梁连接处、洞口周边、筒壁底部、筒壁和基础底板相接处.     

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     

循环剪切荷载作用下软土的力学性状研究

利用从现场取得的原状土样,通过室内动三轴试验对循环荷载作用下的变形、孔压和强度特性进行研究。试验研究主要考虑了周围固结压力、循环剪切应力比、荷载频率和循环次数等因素的影响。研究表明,在循环荷载作用下,孔隙水压力和轴向应变均是一个波动上升的过程。当循环应力比增大时,动孔隙水压力变化幅值显著增加,而残余孔压也较大。同时,孔隙水压力值也随着周围压力的增大而明显增大。当作用荷载频率比较大时,需要更多的循环次数才能达到小频率作用荷载能达到的孔隙水压力值。但是,随着循环荷载作用次数的增加,频率对孔隙水压力的影响有减小的趋势。     

侧向受拉脆性岩石压缩本构及蠕变失效研究

轴向压缩作用下,脆性岩石侧向应力严重影响岩石力学特性。侧向压应力影响下的轴向压缩岩石力学行为已经得到广泛研究,然而侧向拉应力对轴向压缩岩石力学行为影响研究很少。本文基于脆性岩石翼型裂纹扩展模型中,初始裂纹面法向应力与剪切应力的正负方向为判断依据,研究了侧向拉应力对轴向压缩力学行为的影响。发现恒定的侧向拉应力作用下,轴向压缩应力渐进变化过程中,脆性岩石内部细观初始裂纹面的法向应力只能为压缩应力,不存在拉应力情况。分析了从侧向压应力到拉应力转化过程中,脆性岩石轴向压应力与细观裂纹扩展长度关系、轴向压应力与轴向应变关系、岩石峰值强度、裂纹启裂应力及初始弹性模量的变化规律。并分析了侧向拉应力对岩石蠕变裂纹长度、裂纹速率、轴向应变及应变率演化曲线,以及对蠕变失效时间及稳态蠕变应变率的影响。讨论了侧向拉压应力突变转化以及侧向拉应力分级增大对轴向压缩岩石蠕变演化行为影响。该研究为深部地下工程围岩稳定性评价提供了一定理论依据。     

缆索热铸锚具的精细化建模和有限元分析

编写了适于参数化分析的热铸锚具的数值仿真命令流,锚具的精细有限元数值模型中分别采用三维两节点梁单元Beam188来模拟钢丝,三维八节点实体单元Solid185来模拟锚杯和铸体;通过设置多点约束中的刚臂单元MPC184来模拟钢索的截面影响,通过刚臂与实体单元节点之间的点点接触单元Conta178模拟钢丝与热铸锚铸体之间的接触和摩擦;通过面面接触单元Conta173来模拟锚杯内侧面与铸体浇注面之间的连接.在此基础上研究了钢丝束直径和股数对锚具受力的影响,并进行了比较分析;对锚具进行了设计荷载和破断荷载下的静力分析,给出了锚具的应力和变形分布.最后,考虑到施工工艺误差和安装偏差等因素,锚具节点在实际受力时经常承受局部弯矩,研究了在轴向力和侧向水平力共同作用下的热铸锚具的应力变化.本文研究结果表明:热铸锚具内部应力分布不均匀,应力集中主要出现在锚杯与铸体连接处和锚杯杯口位置,其他部位的应力相对较小;在侧向荷载作用下,应力分布发生了较显著变化,最大应力点的位置也发生了侧向偏移.     

基于双面双参数理论的全长黏结性锚索内力分析

基于岩质边坡全长黏结性锚索的受力特性,采用双参数地基梁模型建立了锚索受力方程,推导得到了考虑轴向应变和地基切向抗力作用的岩质边坡全长黏结性锚索的径向位移和内力、挠度公式,进一步运用推导的公式对实际工程中的全长黏结性锚索结构内力进行了计算。结果表明:①全长黏结性锚索的剪力和弯矩均出现两段式的变化,均呈现先增后减的趋势,但弯矩值很小,可忽略不计,其轴力曲线整体呈现抛物线式减小,且最大轴力出现在全长黏结性锚索的锚头位置;②运用双参数地基梁模型对全长黏结性锚索进行计算时,仅需确定地基基床系数等参数即可,这为缺少黏聚力和内摩擦角时计算全长黏结性锚索内力提供了一种新方法。     

配有斜筋混凝土梁抗剪承载力计算与试验

以剪压破坏时配有斜筋的混凝土梁为研究对象,考虑临界斜裂缝处各钢筋拉应力和剪应力的影响,基于极限平衡理论和复合应力状态下混凝土的强度准则,建立了极限抗剪承载力的计算公式。对配有斜筋混凝土梁进行的试验研究发现,理论值与试验值的误差不超过5%。研究表明:箍筋与纵筋、斜筋与纵筋的相对配筋率以及剪跨比对临界斜裂缝顶端混凝土受压区的高度影响较为显著,进而影响抗剪承载力;临界斜裂缝顶端混凝土在复合应力状态下发生破坏,竖向压应力的作用不应忽略;斜筋和箍筋的剪应力对极限抗剪承载力影响较小,计算中可不予考虑。     

损伤围岩中爆炸应力波动的数值模拟

应用有限元方法分析了硐室损伤围岩中爆炸应力波的传播和应力分布特征，通过引入JHC本构模型和岩石损伤变量D探讨了应力波作用下岩体的损伤演化模式。研究表明:围岩初始损伤对后续爆炸应力波的波动性质、作用范围和围岩应力分布具有不同程度的影响。当初始损伤超过某临界值后会显著地影响应力波的波动范围和围岩应力分布；在一定爆炸当量下，爆炸应力存在一个有效作用范围Lp，该范围塑性区以内，爆炸应力对岩体的损伤随围岩初始损伤增大而增大；有效作用范围Lp以外，围岩初始残余非弹性变形积累和单元残余拉应力可以平衡爆炸应力波动产生的损伤叠加效应，耗散了爆炸应力作用和波动能量。分析了产生在这种现象的原因。给出了有效作用范围Lp与围岩初始等效应力p之间的经验关系。     

三类锚杆受拉作用解析解的统一表达式

利用点荷载作用于半无限空间的Mindlin位移解,根据位移协调条件得出内锚式锚杆受拉作用的解析解,然后推导出全长粘结锚杆、压力型锚杆的解析解,建立了这3类锚杆受拉作用解析解的统一表达式.利用所求得的解析解,研究了锚杆类型、土体弹性模量、锚杆孔径对锚杆应力分布的影响.结果表明:(1)3类锚杆的剪应力都是单峰值的曲线;(2)土体弹性模量增大,则锚杆剪应力峰值增大,但分布范围减小;(3)锚杆孔径增大,则锚杆剪应力峰值减小,但对其分布范围几乎没有影响.     

回转支承构件牵引滚动接触应力解析

回转支承构件是重型机械的重要基础元件,其失效往往导致灾难性的设备事故和人身事故以及巨大的经济损失.及时、充分地了解回转支承构件牵引滚动接触应力分布特点,对于保证整机安全生产和提高企业经济效益具有非常重要的意义.本文将回转支承构件接触模型简化为轴线平行的圆柱体二维平面应变模型,从接触力学理论中McEwen关于轴线平行的圆柱体二维法向接触理论出发,重点讨论牵引滚动与常规法向接触状态的切向分布力的相同点和不同点,从而推导出牵引滚动接触状态下接触区应力场各应力分量解析式,将McEw-en法向理论公式推广到法、切向复合分布力综合作用下.在此基础上,探讨了表面拉应力与摩擦系数的关系,摩擦系数越大则表面拉应力水平越高.最后,运用材料力学二向应力状态受力分析方法,计算了接触应力场最大剪应力位置、大小和方向角与深度的关系,发现与无表面摩擦情况相比,最大主剪应力发生位置变浅,幅值反而变小.     

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。     

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。     

考虑拉压强度差效应的厚壁圆筒承载能力分析

应用双剪统一强度理论，考虑材料的拉压异性和同性，推导了在内压力和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷表达式．在该表达式中，当反映中间主应力效应的系数取不同的值时，就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则的计算结果，并且绘制了在相应准则下的极限应力线图．从而可知：在三维应力状态下，应用该理论，可以获得极限载荷分析的精确解；极限载荷线图与三种屈服准则的屈服曲线是相吻合的；计算的结果可以用于拉压异性和同性的材料，为工程应用提供了理论依据．     

金属梁在预应力下的冲击响应

工程结构在使用过程中，大部分构件处于预应力状态。为了理清预应力对金属梁在冲击载荷作用下响应的影响机理，对不同轴向预应力条件和不同冲击强度下金属梁的塑性变形规律进行了研究。通过自主设计的预应力加载装置和落锤试验机，实现对金属梁的预应力控制和冲击加载；借助商用软件建立数值模型，对相关工况进行模拟。数值模拟结果与试验结果有较好的一致性。通过对梁的剩余挠度进行对比发现，压预应力状态下的梁受冲击载荷作用所产生的中点剩余挠度会比无预应力时更大；而拉预应力状态下的梁，挠度的变化量与预应力之间没有较一致的规律。从能量角度进行分析发现，梁的塑性变形能来自外加动能和初始内能，外加动能的能量比越高，梁的能量吸收率就越高，且在低能量比时，压预应力下的能量吸收率相对较高，拉预应力下的相对较低；高能量比时，预应力对能量吸收率几乎无影响。压预应力下，梁的极限弯矩增大，长度缩小，增大了的塑性变形能分布在长度缩小了的梁内，必然会导致更大的剩余挠度；拉预应力下，梁的极限弯矩减小，长度增大，增大了的塑性变形能分布在长度增大了的梁内，剩余挠度则没有显而易见的规律。这在一定程度上解释了预应力对冲击载荷作用下金属梁变形的影响机理。     

基于多孔弹性模型的脊椎关节生物力学特性和体液流动特性研究

建立了L4/L5段人体腰椎关节的非线性多孔弹性有限元模型,并对其施加1000N振动载荷1h,考察在不同的振动频率(1Hz、4Hz、8Hz、11.5Hz、15Hz)下腰椎关节的变形、应力分布和体液流动情况;并对不同频率作用下脊椎组织的生物力学特性进行了对比分析。结果表明,在不同频率振动载荷下,脊椎模型的应力分配、体液流量都呈现与振动载荷不同的周期性波动变化。振动载荷频率等于腰椎关节的固有频率11.5Hz时,椎间盘应力分配和体液流量波动的幅值最短;而振动频率为4Hz、8Hz、15Hz时各项指标波动的幅值比11.5Hz时小。振动过程中,椎间盘内外压力梯度的变化引起体液的流动,振动时间越长,总流失量越大。     

考虑横向惯性效应的非饱和土中单桩的竖向动力响应

基于非饱和土的动力控制方程,考虑横向惯性效应,建立了三相非饱和介质中嵌岩桩的竖向动力响应连续介质模型,对桩侧非饱和土的动力控制方程进行Laplace变换,在频域内,通过引入势函数、算子分解等手段对控制方程进行解析,得到了桩侧土体剪应力及竖向振动位移的表达式.结合桩基的竖向振动方程及桩–土接触面的连续性条件,使桩土耦合振动系统得以解答,最终在频域内得到了桩顶复刚度、导纳、桩–土系统振动位移及应力的解析解,借助Laplace逆变换得到了半正弦激励载荷下桩顶的速度时程曲线.最后,通过算例分析验证了计算结果的准确性,分析了横向惯性、泊松比、饱和度、长径比、桩土模量比等因素对桩基动力响应的影响.结果表明:(1)单桩动刚度、阻尼、导纳等变量随频率变化发生周期性振荡,在桩基各阶固有频率处发生共振;(2)泊松比、饱和度、长径比、桩土模量比等因素对桩基的动力响应有较大影响,且频率越大,影响越明显;(3)泊松比越大,单桩动刚度、阻尼、导纳的波动幅值及对应的频率越小,桩顶时程曲线中的桩底反射信号越弱;(4)饱和度越大,对应各动力响应的波动幅值越大,且桩底反射信号的波峰越大.