共轭梯度法在弹塑性模型数值实现中的应用

基于Jacobian矩阵的奇异和不收敛特性,分析了弹塑性本构模型的组成和算法。将牛顿?最近点投影法（Newton?CPPM）隐式算法中高度非线性方程组的求解问题转化为求最小值问题,通过采用共轭梯度法求解该最小值来实现对传统隐式算法的改进。最后,以考虑软土结构性的Saniclay模型为例,在单元体分析计算的基础上,考虑不同的应变路径和初始应力状态,对传统隐式算法和改进隐式算法在计算收敛性、计算精度和计算效率方面进行对比,并通过工程算例检验传统隐式算法和改进隐式算法之间的差异。结果表明：相较于传统隐式算法,改进隐式算法能够有效提高计算效率和收敛性。     

变跨度隧道施工引起的地表沉降

针对某地铁叉口变跨度隧道的施工方案进行了离心模型试验 ,模拟了隧道采用双侧壁导坑法施工时地表沉降随各开挖步施工的变化规律 ,同时对相接变跨度隧道施工对地表沉降的相互影响进行了模拟试验 ,试验预测了隧道施工中地表沉降的发生、发展、收敛的全过程 ,所得结果对同类工程具有一定的参考价值     

基于改进壳-柱模型的盾构隧道饱和地基动应力解

针对现有壳-柱模型无法考虑盾构隧道壁后注浆层的问题,分别采用无限长的双层圆柱壳模拟盾构隧道衬砌和壁后注浆层,中空圆土柱模拟饱和地基,基于Flügge圆柱壳理论和Biot波动理论,结合边界条件,求解隧道内作用固定简谐荷载时饱和地基中的动应力,并分析其分布规律及注浆层对土体动应力的影响.结果表明:隧道注浆层底部土体径向正应力τrr和孔压Pf幅值随着与荷载的轴向距离增大而减小,剪应力τrz随距离增加先增大后减小,至3 D(隧道直径)时地基动应力接近于0;土体的渗透性越差,径向正应力和孔压幅值越大,但当土体渗透系数k小于10-5 m·s-1时,渗透系数的进一步减小对地基动应力幅值的影响不大;隧道壁后注浆层能减小土体径向正应力和孔压(约5%~8%);注浆层下方同一点土体径向正应力和孔压幅值均随着注浆层厚度增加而线性减小;而注浆层的弹性模量在一定范围内(50~650MPa)变化时对其几乎无影响.     

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.     

朔黄重载铁路路基斜向高压旋喷桩加固效果

摘要：结合朔黄重载铁路路基加固前后检测试验数据和斜向高压旋喷桩的加固机理,对斜向高压旋喷桩技术加强既有线路基的综合效果进行了探索研究。研究表明,斜向高压旋喷桩能显著提高路基的强度、刚度、承载力及路基45°扩散线以内土体的密实度,是一种快速有效的既有线路基加固技术。     

散粒体卸载特性的三轴伸长试验研究

根据岩土体的加卸载变形过程和应力状态,卸载曲线分为弹性卸载段和卸载伸长段.采用三种不同粒径的玻璃珠和标准丰浦砂散粒材料进行了三轴伸长卸载试验,对比分析了不同材料、初始偏应力和不同围压下散粒体的卸载特性.研究表明散粒体的单向伸长卸载强度主要取决于与卸载方向垂直的围压和颗粒的内摩擦,且与围压成线性关系,初始偏应力状态及各向异性对于散粒体的伸长强度无影响,但影响其破坏发展形态.此外,材料特性包括表面粗糙度和级配、孔隙率等对内摩擦及伸长卸载特性均有影响.     

路基不均匀沉降对车辆和轨道动力响应的影响

以经典车辆-轨道耦合动力学为基础,推导了考虑重力的板式轨道相关结构振动方程,结合多刚体的车辆系统动力学模型,建立了考虑重力的车辆-板式轨道垂向耦合分析模型,提出了通过路基反力变化模拟路基不均匀沉降的具体方法,并对模型和方法进行了必要的验证.利用该模型研究了行车速度及路基不均匀沉降(包括路基不均匀沉降幅值、路基不均匀沉降波长等)对系统动力响应的影响.研究表明:随着行车速度和路基不均匀沉降幅值的增加,系统响应均相应增加,路基不均匀沉降对车辆运行影响的控制性指标应以舒适性指标为主、安全性指标为辅;随着路基不均匀沉降波长的增加,系统动力响应存在一个先增加后减小的过程,路基不均匀沉降的敏感波长与混凝土底座的长度有关.     

地铁区间盾构隧道施工的掘进单元控制法

为探索复杂多变地层和环境下盾构精细化掘进技术,提出以掘进单元链取代传统按区间控制的理念,定义了掘进单元的内涵、划分原则、划分步骤和应用条件,并进一步形成了一套地铁区间盾构隧道施工的掘进单元控制方法.最后将掘进单元控制法运用于杭州地铁1号线穿越钱塘江工程,针对性控制55个掘进单元,首次成功采用土压平衡盾构穿越钱塘江.     

高度非线性弹塑性模型的改进显式算法数值实现

当采用传统的全显式算法对高度非线性的弹塑性本构模型进行数值实现过程中,存在计算效率低、误差积累、精度较低的缺点.为提高计算效率和改善计算精度,采用四阶的Dormand and Prince Runge-Kutta法代替传统的全显式算法中的向前Euler法,并结合切平面算法形成了改进显式算法.以考虑土体结构性的SANICLAY模型为例,对传统的全显式算法、改进显式算法和隐式算法在计算收敛性、效率和精度方面进行对比.将改进显式算法用于隧道开挖工程多单元计算中.结果表明,与隐式算法相比,传统的全显式算法的计算精度和计算效率均比较低,改进显式算法计算效率和计算精度均比传统的全显式算法高很多.     

倾斜界面耦合弹性层中的渡越辐射能

物理学中,摄动源在非均匀介质中或非均匀介质附近匀速直线运动所产生的能量辐射现象称为渡越辐射.列车沿轨道运行,由轮轨接触产生的弹性波在非均匀轨道和基础中传播将发生渡越辐射,而轨道和基础的非均匀性集中体现在不同轨道基础之间的过渡段(如路桥过渡段、桥隧过渡段或有砟-无砟轨道过渡段).为研究车致弹性波在过渡段中引发的渡越辐射现象,本文以典型高速铁路路桥过渡段结构形式为依据,建立了二维平面应力渡越辐射能计算模型.其中,两个材料参数不同的半无限弹性层由一倾斜界面耦合,底端固定,上表面自由,一个集中载荷在自由表面上匀速运动.界面两侧弹性体中的波动方程均分解为本征场、自由场两个部分分别求解,其中自由场波动方程采用分离变量法数值求解.通过模型求解得到了不同载荷移动速度和界面倾斜角度条件下的渡越辐射能及界面附近应变能密度.结果表明,渡越辐射能的大小随载荷移动速度增大单调非线性增大,移动载荷速度达到刚度较大一侧介质表面波速的74%时产生的渡越辐射能就将超过载荷本身激发的本征场应变能;界面倾斜角度越大,即两侧介质刚度过渡距离越短,渡越辐射能与本征场应变能比值越大.