基于Mindlin解的桩基础最终沉降计算的应力面积法

利用Ｍｉｎｄｌｉｎ竖向附加应力公式，通过积分得到地基内矩形面积上三角形分布荷载作用下角点下竖向附加应力解析式，并通过对地基内矩形面积上均布和三角形分布载荷作用下角点下竖向附加应力公式关于深度进行积分，得到了计算角点下竖附加应力面积的解析式，根据解析式制表格，可供运用应力面积法进行群桩实体基础等的最终沉降计算时查用。     

竖向线荷载和条形均布荷载作用在地基内部时的土中应力公式

建筑物基础一般都是在地基中有一定深度的,而目前土中应力计算所常依据的布西奈斯克解却是假定荷载作用在地表面导出的,这与实际情况有很大的出入。本文以半无限体内受竖向集中力作用的明德林公式为根据,通过积分而首次完整地推导出竖向线荷载和条形均布荷载作用在地基内部时的土中应力分量的解析表达式,以便于工程设计人员在设计计算时使用。     

分层地基上矩形刚性基础的基底反力、沉降和倾斜计算

从直角坐标系下三维弹性力学控制方程出发,通过关于x, y的二维Fourier 变换得到关于z的一阶常微分方程组,运用Cayley-Hamilton 定理得到了单层地基的传递矩阵;然后根据边界条件和层间接触条件,并利用传递矩阵法,得到了分层地基在表面受矩形均布荷载时地基表面的位移解;在此基础上对分层地基上矩形刚性基础的基底反力、沉降和倾斜进行了分析和计算.编制了相应的程序,并将数值计算结果进行了比较和分析.结果表明:土的成层性对基底反力没有影响,但对中心沉降和倾斜影响较大;矩形刚性基础受偏心荷载时,靠近荷载作用一侧的基底反力和沉降均较大.     

成层非饱和地基上矩形基础稳态响应解析研究

采用积分变换法求解非饱和土的控制方程,得到变换域内土体的位移和应力表达式;建立了单层非饱和土体的刚度矩阵,并组装每一层的刚度矩阵,构成了层状地基的总体刚度矩阵;结合地基上下表面的边界条件,推导了层状非饱和地基表面位移的积分形式解答。另外,选取带有补充项的双重余弦级数解作为矩形基础的振型函数,并令其与地表位移按余弦级数展开的表达式相等,建立了矩形基础与地基的协调条件。最后,联立矩形基础的控制方程、边界条件和基础与地基之间的协调条件,求解得到矩形基础的挠度幅值、弯矩幅值以及基底压力幅值。选取已有文献中的非饱和土参数计算,其结果与文献吻合良好,验证了本文方法的正确性。本文进一步研究了单层地基和双层地基上矩形板的动力响应,分析了土体参数对矩形基础动力响应幅值的影响规律。结果表明:地基层厚与基础尺寸之比为5时,地基就可以看作半空间地基;矩形基础的稳态响应随非饱和土的饱和度的增大而减小;渗透率对矩形基础动力响应的影响不明显。     

竖向均布荷载作用在地基内部时的土中应力公式

建筑物基础一般都是埋入地基中，且有一定深度，而目前土中应力计算所常依据的布西奈斯克解却是假定荷载地表面导出的。本文以半无限体内受竖向力作用的明德林公式为根据，通过积分而首次完整地推导出竖向矩形均布荷载作用在地基内部上的土中应力分量解析表达式，并与布氏公式进行比较，说明其应用范围，以便于工程设计人员在设计时使用。     

土力学有效应力及其作用的讨论

讨论了饱和土有效应力的作用及其使用中应注意的问题,以及土力学预测中存在的不确定性的几种情况.从土的各相平衡方程出发推导得到了非饱和土的总应力和各相应力之间的关系, 以及非饱和土的平均骨架应力的表达式,并定义该式为非饱和土的有效应力;该表达式与变形功推导得到的有效应力公式是一致的. 文中还就非饱和土有效应力的一些问题进行了探讨.      

K0≠1时的地基临塑载荷和临界载荷近似计算公式

地基弹塑性承载力p_cr、p_1/4的公式在推导过程中,为方便求解,一般假设地基土体的静止土压力系数K₀=1,即把自重应力场看成是静水应力。这一假定实际上人为地增加了地基土的侧向压力,使土体处于加密状态,从而过高地估计了地基承载力。考虑K₀≠1的前提下,由地基土中一点的应力状态,根据莫尔-库伦破坏准则,得到该点的临塑、临界荷载的近似公式。该公式修正了一些学者在K₀≠1时推导地基弹塑性承载力公式过程中的缺陷,也弥补了现有公式的局限性,得到了土体抗剪强度参数c、φ在不同的K₀下对地基临界载荷p_1/4的影响,给出了该近似公式的适用条件。     

用薄层法分析层状地基中条形基础的阻抗函数

薄层法是分析和模拟弹性波在层状介质中传播的一种半解析半数值方法,以往薄层法在柱坐标体系中建立求解方程,并通过直角坐标系和柱坐标系的转化关系而得到直角坐标系中的解答,本文从直角坐标直接推导了层状地基在无限长线荷载作用下的计算公式,求解了层状地基在垂直方向和水平方向上无限长线激振荷载作用下薄层法位移基本解.结合容积法得出了层状地基中基础-地基动力相互作用方程及条形基础阻抗函数的计算公式.本文计算了半无限弹性地基以及基岩上覆盖层在无限长简谐线荷载作用下的位移反应,计算了半无限弹性地基以及基岩上覆盖层地基中明置与埋置条形基础的地基阻抗函数.计算结果与已有的研究结果的比较表明两者吻合较好,验证了本文方法的适用性.     

基于弹性半空间Green函数的明置条形基础阻抗解答

基于弹性半空间理论,在Lamb解的基础上推导了非轴对称的简谐线激振荷载及条形均布激振荷载作用下的地基Green函数。然后将明置条形基础与地基的接触面分割成若干个条形单元,根据刚体位移所决定的各单元位移,运用上述Green函数求解各单元的接触力,将所求得的力叠加即为地基阻抗函数。通过分段积分法及Cauchy主值积分对涉及的多值广义积分进行数值处理,计算了明置条形基础的垂直阻抗,观察了其收敛性,亦计算了其水平和回转动柔度,并与半解析半数值的薄层法的结果进行了比较,表现出很好的一致性。最后通过算例讨论了土体泊松比对明置条形基础阻抗的影响。     

条形荷载下梯度非均匀非饱和土的动力响应分析

基于多孔介质混合物理论, 建立了梯度非均匀非饱和土地基模型, 研究了条形荷载作用下梯度非均匀非饱和土地基的动力响应问题. 通过傅里叶积分变换和Helmholtz矢量分解原理, 获得频域内非饱和土地基动力响应问题的通解, 结合回传射线矩阵法和边界条件, 求解获得了非均匀非饱和土层中位移、应力以及孔隙压力的计算列式. 假设沿深度方向梯度非均匀非饱和土的物理力学性质按幂函数连续变化, 通过数值傅里叶逆变换得到了非均匀非饱和土地基中的应力、位移以及孔隙压力等物理量的数值解, 分析讨论了土体非均匀性对非饱和土介质动力响应的影响规律. 结果表明: 土体非均匀性显著改变了非饱和土中竖向位移、正应力和孔隙压力在其深度方向上的振动模态, 其中孔隙气压在其深度方向的振动频率随着梯度因子的增加而不断增大, 波峰值不断靠近地表处附近; 竖向位移随着梯度因子的增大不断减小; 正应力和孔隙水压随着梯度因子的增大先增大后减小, 并且土体非均匀程度越高, 正应力与孔隙水压的幅值越大.      

考虑邻近建筑物影响的基坑支护结构受力响应分析

为了深入了解临近建筑物对基坑支护结构受力响应的影响,通过学习前人的研究成果和基于自身经验采用三参数地基弹性梁模型,来考虑临近建筑物与支护结构间有限宽土压力、基底应力等的影响,根据支护结构受力特点,得到一种考虑临近建筑影响的支护结构计算分析模型;采用桩身离散的方法创建了支护结构的内力及其变形计算的矩阵表达式,得到一种半解...     

波数-频率域内地基土表面位移Green函数的理论分析

建立了柱面坐标系下分层弹性半空间地基土模型。利用钟阳刚度矩阵法和Haskell-Thomson传递矩阵法推导出所有分层土体之间的振动传递关系;根据Helmholtz定理将土体的位移向量分解成势函数的形式,推导出弹性半空间表面应力与位移之间的关系;再将分层土体和半空间地基土通过位移与应力之间的关系进行耦合,得到分层弹性半空间地基土模型表面位移与应力之间的关系。结合单位脉冲荷载作用下地基土表面的边界条件,推导出波数-频率域内地基土表面位移Green函数的解析解,用Matlab程序语言对理论进行实现并通过算例对地基土表面位移Green函数的特征进行了分析和总结。     

上拔与水平荷载综合作用下某碎石土场地扩底基础地基土体破裂面形态分析

目前我国某碎石土场地输电线路杆塔扩底基础地基土体在经历上拔和水平荷载综合作用下破裂面形态特征是难以确定的.论文基于弹塑性理论,采用有限差分方法对不同基础深宽比、扩展角的组合的25种(通过均匀设计获得)扩底基础在上拔和水平荷载综合作用下的变形破坏进行模拟,获得该25种扩底基础地基土体在上拔和水平荷载综合作用下的破裂面形态.通过破裂面形态的几何分析,建立上拔和水平荷载综合作用下扩底基础地基土体破裂面形态的合理概化数学模型.研究成果可为我国某碎石土场地的输电线路杆塔基础设计提供参考.     

复杂条件下地基承载力系数N_γ的上限解

由地基土重量引起的地基承载力系数N_γ的真实解答至今尚未获取．本文根据极限分析法与极限平衡法的等效性,构造出最危险的运动许可滑动机构,得出N_γ尽可能小的上限解．分别定量分析了在荷载倾斜、基底倾斜、地表倾斜对N_γ的影响,提出了近似影响系数公式,并与现有研究结果进行比较．     

抽油机塔架的有限元建模及分析

研究了抽油机塔架模型建立时塔架、底座、水泥基础等的处理方法;着重探讨了地基土力学特性和基础形状对抽油机晃动的影响,提出了建立模型时地基土与水泥基础的关系以及注意事项,为建立塔架等同类零件的有限元分析模型提供了理论指导;利用ANSYS 12.1软件平台,提出了将地基土抗压特性简化为弹性杆抗压特性的等效分析模型,分析了塔架在不同地基情况下的应力和位移。测试结果表明:各主腿测试结果与有限元分析结果规律基本一致,主腿有限元分析结果稍大于测试结果,原因是有限元分析建模时忽略了加强筋等细节结构,弹性地基土模型可靠。在弹性地基模型基础上,研究了不同风载和偏载等情况下的应力和位移,根据应力应变云图得出塔架最大应力应变点在顶部,由底座危险节点位移情况表明地基土一直处于受压状态,抽油机稳定。本文研究对抽油机塔架设计、水泥基础以及安装中地基土预处理提出了合理建议,为获取性价比较高的塔架设计方案提供了理论依据。     

冰区海洋平台的时变疲劳可靠性分析

冰区海洋平台在交变冰力作用下的管节点疲劳是影响平台安全的主要因素。本文结合现有的冰疲劳环境荷载及冰力谱函数,提出了相对于冰速、冰厚随机冰载的管节点应力幅显式近似计算公式;将海洋平台管节点的全寿命划分为裂纹萌生和扩展两个阶段,分别采用S-N曲线法和Paris公式来计算相应的寿命;并考虑了管节点抗力随时间的衰减,得到了时变疲劳可靠性计算公式;最后对渤海JZ20-2 MSW平台进行时变疲劳可靠性分析。结果表明,本文提出的疲劳应力幅近似计算方法和时变可靠性分析方法是合理有效的。     

结构与土接触面的弹黏塑性本构模型

基于Goodman接触面单元,在Clough--Duncan双曲线关系式的基础上改进了三元件宾厄姆体,建立了结构与土接触面的弹黏塑本构模型,使用ABAQUS的FRIC子程序对该模型进行了二次开发.通过改装的应力控制式结构-土接触面剪切试验仪进行了接触面长期剪切试验,验证了该接触面本构模型.研究结果表明:结构与土接触面的弹黏塑本构模型能较好地模拟接触面的力学特性和时间效应;正应力对结构与土接触面的力学行为影响较大,正应力越大,接触面的时间效应越显著.     

高速铁路CFG桩复合地基柔性载荷试验研究

高速铁路建设的迅速发展及高速铁路对路基沉降的严格要求,CFG桩在高速铁路路基的处理上得到大量运用。但铁路工程对路基的作用原理与工民建工程对地基的作用原理有本质的区别,工民建房屋建筑荷载通过基础对地基施加刚性荷载,而铁路路基直接承受上部路堤的自重和列车运行产生的柔性荷载。高速铁路CFG桩复合地基的设计都是根据工民建行业的设计理论进行,其试验结果必然与实际情况存在偏差。本文着手研究适合于高速铁路复合地基的柔性载荷试验方法,模拟高速铁路柔性加载的特性,通过数值分析对比了刚性荷载和柔性载荷作用下CFG桩复合地基的桩、土应力、位移分布情况;通过现场载荷试验对设计方案进行了验证,研究了高速铁路CFG桩复合地基的承载力特性,结果证明柔性载荷试验是可行的,能合理的模拟高速铁路CFG桩复合地基承载特性,可为柔性基础下CFG桩复合地基的设计提供基础。     

简支及悬臂箱梁在角隅轴向荷载作用下的翼板纵向应力

基于能量变分原理,拟定轴向荷载作用下箱梁的纵向位移函数,得到关于翼板剪切变形引起的位移差函数的基本微分方程,继而推导出箱梁翼板纵向应力表达式,并首次得出角隅轴向荷载作用下翼板出现应力不均匀分布的荷载及边界条件。通过对一模型箱梁进行计算,并与通用有限元软件ANSYS壳单元计算结果进行比较,验证了该方法和所推导公式的正确性。研究结果表明,当作用于简支箱梁截面角隅处的轴向荷载（合力无偏心）为集中或分布荷载时,翼板不产生纵向应力不均匀现象;当作用于悬臂箱梁截面角隅处的轴向荷载（合力无偏心）为集中荷载时,翼板不产生纵向应力不均匀现象,而当荷载轴向分布时,翼板将产生纵向应力不均匀现象。实际工程中,横力弯曲使悬臂箱梁产生剪力滞效应,这种效应会与轴向分布荷载产生的效应叠加,设计时对此应予以充分考虑。     

简支及悬臂箱梁在角隅轴向荷载作用下的翼板纵向应力

基于能量变分原理,拟定轴向荷载作用下箱梁的纵向位移函数,得到关于翼板剪切变形引起的位移差函数的基本微分方程,继而推导出箱梁翼板纵向应力表达式,并首次得出角隅轴向荷载作用下翼板出现应力不均匀分布的荷载及边界条件。通过对一模型箱梁进行计算,并与通用有限元软件ANSYS壳单元计算结果进行比较,验证了该方法和所推导公式的正确性。研究结果表明,当作用于简支箱梁截面角隅处的轴向荷载(合力无偏心)为集中或分布荷载时,翼板不产生纵向应力不均匀现象;当作用于悬臂箱梁截面角隅处的轴向荷载(合力无偏心)为集中荷载时,翼板不产生纵向应力不均匀现象,而当荷载轴向分布时,翼板将产生纵向应力不均匀现象。实际工程中,横力弯曲使悬臂箱梁产生剪力滞效应,这种效应会与轴向分布荷载产生的效应叠加,设计时对此应予以充分考虑。