土体的本构模型和超重力物理模拟

数值模拟和物理模拟是分析土体沉降和稳定性的主要手段. 本构模型作为描述土体应力应变关系的数学表达式, 是数值模拟的基础. 土体具有碎散性, 这一基本物理特性导致了其具有压硬性、摩擦性和剪胀性, 这是土的力学特性区别于金属的主要特征, 在土体的本构模型中必须反映这3个基本特性. 传统土力学将土体的变形和强度分离考虑, 分别采用弹性理论和基于刚塑性模型的极限平衡理论分析, 虽然应用广泛, 但由于不能全面地反映土的基本力学特性, 计算结果的精度常常难以满足定量分析的需要. 剑桥模型作为第一个全面反映压硬性、摩擦性和剪胀性的弹塑性本构模型, 实现了变形和强度的统一, 能较好地描述饱和正常固结黏土的应力应变关系, 被视为是现代土力学的开端; 统一硬化模型通过引入一个独特的硬化参数进一步发展了剑桥模型, 将适用范围扩大到超固结黏土. 作者认为, 未来岩土体本构模型研究的挑战是: 如何考虑岩土体在受力过程中土骨架相变与多场耦合, 以解决目前本构模型尚无法定量分析的能源、交通、环境和水利相关的重大岩土工程问题. 超重力物理模拟具有缩尺效应和缩时效应, 克服了常重力物理模拟中模型的应力水平低于原型的缺点, 特别适用于大尺度、长历时问题的模拟. 相较数值模拟, 超重力物理模拟的优势在于能够检验本构模型的合理性, 揭示本构模型无法描述的未知特性. 最后, 介绍了采用数值模拟和物理模拟联合分析大直径钢管桩水平受荷特性的工程案例.      

层合球面各向同性热释电空心球的瞬态响应

运用叠加原理，将层合球面各向同性热释电空心球的球对称动力学问题的解分成准静态和动 态两部分，准静态部分首先运用状态空间法给出了显式表达式，然后运用分离变量法、初参 数法和特征函数展开技术，给出了动态部分的表示式，再结合内外表面上的电学边界条件和 界面上的电学连续条件，导出一个关于时间函数的第二类Volterra积分方程，运用插值法 可成功地给出此积分方程的高精度数值解，最终可求得原问题的位移、应力、电位移以及电 势的响应. 此方法适用任意层数且各层是任意厚度的层合热释电空心球作用随时间以任意形 式变化的球对称温度场. 文中还给出了数值结果.     

组合单元法在砂井地基有限元分析中的应用

针对砂井地基的平面应变有限元分析，本文首次将组合单元法引入到砂井地基的分析中，提出砂墙组合单元。该单元对常规等参元进行改进，在单元内部同时考虑砂井的涂抹作用和井阻作用，从而克服了常规有限元法在计算砂井地基时单元数和节点数过多的缺点。将砂墙组合单元加入USAP有限元计算软件，工程算例分析结果表明：与已有的各砂井地基的平面应变解答和荷兰的基础工程有限元分析软件PLAXIS相比，解答合理并有效地考虑砂井的涂抹作用和井阻作用；与常规有限元法相比，在保证计算精度的前提下，减少了可观的单元数和节点数，降低了计算的工作量。     

埋置框架质量检测的探讨

提出了埋置框架的回传射线矩阵法，研究了方波脉冲轴向作用、水平作用和斜向作用下有缺陷埋置框架和无缺陷埋置框架的速度波．结果表明；横向速度波不能识别埋置框架的基桩缺陷，轴向速度波可以识别，而且基桩缺陷信号很强烈；脉冲水平作用不能识别基桩缺陷，轴向或斜向作用可以识别．     

数学网格和物理网格分离的有限单元法(II):粘聚裂纹扩展问题中的应用

强化有限单元法将物理网格与数学网格分离开来,可以方便地描述非连续变形;粘聚区域模型是模拟断裂过程区作用最简单有效的方法,且可以避免裂纹尖端的应力奇异性.本文以平面问题为例,将强化有限单元法与粘聚区域模型相结合,利用富集数学节点描述任意粘聚裂纹扩展过程中的非连续变形问题,提出了裂纹扩展过程中数学节点富集和数学单元定义的方法.本文还导出了与平面4～8节点平面等参单元对应的8～16节点粘聚裂纹单元列武.最后,通过三点弯梁的裂纹扩展过程模拟验证了本文提出的粘聚裂纹扩展模拟方法的有效性.     

压电弯曲元的夹层梁解析模型

压电弯曲元是一类传感和作动器件,已得到广泛的应用．基于一阶剪切变形理论发展了压电弯曲元夹层梁解析模型,对梁截面采用统一转角并将耦合电势沿厚度的分布假设为二次函数,进一步修正了横向剪应变对电位移的影响．以弯曲元简支梁自由振动为例进行数值分析,解析模型解与二维精确解相比具有良好的精度,为分析弯曲元动力机电响应提供了良好的解析模型．     

两相介质中波在平面界面上的反射

借助Ｂｉｏｔ多孔介质中的波动方程，根据各种界面条件导出了波在两相介质各种界面上反射的一般计算公式。作为例子，数值计算了Ｐ１波入射于几种典型界面时，Ｐ１、Ｐ２和Ｓ波的反射系数与频率、入射角之间的关系。结果表明：各种波的反射系数与入射角、频率有关系，若把多孔介质当作单相均一固体处理，将会得到显著不同的结果。     

一弹性层覆盖于半无限弹性介质对表面点冲击载荷的瞬态响应

利用广义射线理论,研究了一弹性层覆盖于半无限弹性介质表面受法向动集中荷载作用情形表面处的位移响应.给出了一种计算瞬态响应的有效方法,首先根据反射次数的不同将射线自动分组,然后将同一组中具有相同积分路径的积分式自动合并并一次性完成积分.运用该技术,计算量大大减少,使得广义射线法应用于较长时间响应计算的工作得到推进.数值结果中给出了两种情形位移响应的特点,一种情形是弹性层比半空间层硬,另一种情形是弹性层比半空间层软.     

不均匀土中有限长桩的横向瞬态波动

将Timoshenko梁模型引入到弹性地基粱中,土体对桩的作用用连续分布的弹簧来模拟,基于回传射线矩阵法,研究了桩顶受到横向冲击荷载作用下有限长桩的横向瞬态波动．经参数分析表明：土体刚度比对上软下硬、上硬下软两层地基中的有限长桩剪力波和弯矩波影响很大;从挠曲波曲线中难以辨别有无软硬夹层．     

电磁波在三相土介质中的传播

研究电磁波(EM波)在土中的传播特性，必须获得如介电常数和磁导率等基本电磁参数．在麦克斯韦方程组的基础上，提出了等效模型来计算土体介电常数．利用该模型的计算结果与实测数据符号很好，可以为利用电磁波法测量土体含水量，土体的CT分析以及土工环境监测奠定理论基础。