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在地震荷载作用过程中,由于桩身材料性能与周围土体性质差异较大,土体在桩-土接触面上发生张开或滑移,该强非线性接触行为直接影响接触面附近土体与桩体应力状态,从而影响上部结构地震响应水平。真实桩-土接触面由于桩身表面混凝土约束关系,具有一定厚度且存在相关体变规律的接触带。通过有限元软件ABAQUS用户自定义单元UEL程序编写改进Desai薄层接触单元,在Desai薄层接触单元中加入Rayleigh阻尼项以模拟地震作用时桩-土强非线性接触行为能量耗散过程。接触面法向与两切向本构关系采用双曲线模型。规定了Desai薄层接触单元在桩-土接触面上的行为模式以模拟土体在接触面黏结、滑动、张开、再闭合等接触状态。建立精细三维桩-土-结构体系动力相互作用模型以研究改进Desai单元对上部结构峰值动力响应水平影响,为工程结构抗震设计时程分析提供参考依据。 相似文献
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《岩土力学》2017,(4):1003-1014
为研究地铁列车运行引起的轨道系统及饱和土体动力响应问题,采用解析法建立了饱和土全空间中圆形衬砌隧道和轨道结构耦合分析模型,用一系列符合列车几何尺寸的移动常荷载或移动简谐荷载模拟地铁列车,用无限长圆柱壳模拟衬砌,用Biot饱和多孔介质理论模拟土体,用Euler梁理论模拟钢轨、浮置板并组成两层叠合梁单元,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现浮置板轨道结构与衬砌及周围饱和土体的耦合。通过算例对比了饱和土体模型和弹性土体模型动力响应的差异,分析了饱和土渗透系数、荷载移动速度和自振频率对轨道结构位移、饱和土体位移及孔压的影响。结果表明:当土体渗透性较差时,饱和土位移响应与相应的弹性土位移响应区别明显,土体模型对轨道结构响应影响较小;随着渗透系数的降低,饱和土体孔压增大;荷载移动速度和自振频率对轨道结构和土体动力响应影响显著。 相似文献
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为了研究高填方减载式刚性涵洞结构的减载效果，利用模型试验分别对减载式刚性涵洞、采用一般减载方法的涵洞和未减载涵洞的涵顶垂直土压力和侧墙水平土压力进行对比分析。在此基础之上，建立了减载式刚性涵洞涵顶垂直土压力理论模型，推得了减载式刚性涵洞涵顶垂直土压力计算式，并将模型试验结果与理论分析结果进行了对比分析。研究结果表明，减载式刚性涵洞不仅能够有效缓解涵顶应力集中，而且与一般减载涵洞相比还能有效减小涵洞侧墙水平土压力；对于减载式涵洞涵顶垂直土压力，理论计算结果与模型试验结果一致且两者相差较小，从而验证了理论模型的适用性和正确性。 相似文献
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青藏铁路多年冻土区涵洞基础的冻融变形特征 总被引：1，自引：0，他引：1
对青藏铁路沱沱河试验段两座拼装式涵洞进行了地基地温及冻融变形监测，分析了涵洞多年冻土上限处的地温变化及地基的冻融变形特征。结果表明：涵洞地基的变形随地温的年波动变化。可分为冻胀和融沉两部分。冻胀变形小于下沉变形，涵洞基础的变形整体上表现为渐减沉降的特征；铁路路基及涵洞的修建改变了多年冻土原来的水热平衡，使涵洞多年冻土上限处地温产生正温波动，冻土上限产生变化。导致了涵洞地基土体沿涵洞纵向的不均匀变形。 相似文献
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为研究列车振动荷载作用下盾构隧道结构及周围土体的动力响应特性,采用模型试验方法,通过布置在盾构隧道底部的激振器施加扫频激振荷载和列车振动荷载,采用频率响应函数FRF与最大加速度分析了盾构隧道衬砌结构与周围土体不同位置处的动力响应及其衰减规律。研究结果表明：FRF是隧道衬砌结构和周围土体自身的动力响应特性的体现,与激振力的大小、扫频方向及扫频时间无关;在隧道管片衬砌结构的底部和顶部均体现出高频响应大于低频响应的特性,隧道顶部加速度响应沿隧道纵向衰减幅度明显小于隧道底部;隧道周围土体的动力响应沿深度有明显变化,但均表现出沿隧道轴向衰减的规律。隧道结构上部第1层测点土体的动力响应在全频域内随频率的增加逐渐增大。但在第2层和地表的第3层测点,土体的动力响应在30～90 Hz区段线性增长,在90～300 Hz区段出现波动变化,并无明显增大趋势;与扫频激振荷载引起的动力响应规律一致,由列车运行振动荷载引起的隧道管片衬砌结构和周围土体的振动沿隧道轴向逐渐衰减,隧道底部的加速度响应大于顶部,随着列车车速的增大,在隧道内部引起的加速度响应将显著增大。同时,在列车振动荷载作用下发现地表存在加速度放大效应,地表第3层测点的加速度响应均大于隧道结构上部第1层测点。 相似文献
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基坑开挖与支护模拟的位移迭代法 总被引：1，自引：0，他引：1
将基坑支护体系分解为彼此独立又相互作用的3个模型,即支护结构外侧主动土体、支护结构本身和支护结构内侧被动土体。按平面问题进行有限元分析时,土体采用面单元,支护桩采用梁单元,若桩上有内支撑或锚杆,则将梁单元与杆单元结合。各模型可分别求解,但共享边界条件。以开挖后桩体侧向位移为零、两侧都为静止土压力作为初始条件,然后按位移迭代求解,前后两次计算位移值基本相等时迭代结束,此时的位移和相应荷载就是基坑支护结构稳定后的变形与受力。该方法能客观反映土与结构相互作用的动态过程,实例计算结果与实测结果很吻合。 相似文献
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隧道盾构法施工引起周围土体附加应力分析 总被引：3，自引：0，他引：3
结合弹性力学Mindlin解,运用边界单元法,推导了施工过程中盾构正面推力和盾壳与土体之间的摩擦力引起的周围土体附加应力计算公式。根据土体损失的空间分布规律,应用镜像法原理,推导了土体损失产生的附加应力计算公式。将正面推力、摩擦力和土体损失引起的附加应力进行叠加,得到盾构推进过程中周围土体总的附加应力计算公式。以上海某隧道工程为例,分析了正面推力、摩擦力、土体损失及共同作用引起附加应力的分布规律及对周围环境的影响,为保护盾构推进一定范围内的建（构）物提供了依据。 相似文献
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深基坑稳定性问题是重要的工程问题,其中,有效支护结构是保证基坑工程顺利实施的基础。本文引入离散元法,提出了基坑及支护结构建模和数值模拟方法。采用紧密堆积离散单元构建模型初始地层,引入了离散单元团簇模型来构建表面较为光滑的管桩。以南京某深基坑工程为例,采用三维离散元模拟软件MatDEM3D构建几何模型,并根据土体的力学性质设定相应单元的力学参数。数值模拟中,通过预平衡操作实现土层的压实,进而模拟了基坑开挖过程中土体和管桩的变形。将数值模拟结果与实测监测数据进行了对比分析,评价了基坑支护结构的有效性。这种基坑离散元数值模拟方法在基坑开挖过程的稳定性预判和支护结构的有效性评价上具有潜在的应用前景。 相似文献
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The response of box culverts to static loads is controlled by soil arching. Soil arching is a result of a complex soil culvert interaction (SCI) due to the relative stiffness between the culvert and the surrounding soil, and is a critical consideration in culvert design. The factors that affect soil arching on box culverts include the soil height above the culvert, the geometrical configuration of the box culvert and the properties of the soil around it. Box culverts are typically designed using formulae that assume simplified behaviors and in some cases rely on considerable empiricism. In the present study, small scale centrifuge physical model tests were conducted to investigate SCI considering the height and density of soil above the culvert and the geometry of the culvert. The results of these centrifuge tests were used to calibrate and verify a numerical model that was used to further investigate the response of box culverts to static loads. The results have been evaluated for bending moment and soil culvert interaction factors. The results demonstrated that the soil culvert interaction factors are not only a function of the height of soil column above the culvert, but also a function of the culvert thickness, soil elastic modulus and Poisson’s ratio. Therefore, the results were used to establish charts and equations that can be employed to assess the design values of the static soil pressure and static bending moment for box culverts. 相似文献
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钢筋混凝土箱涵竖向土压力理论研究 ——梯形沟谷设涵 总被引：2，自引：0，他引：2
梯形沟谷设涵在山区公路和铁路建设中的应用非常广泛。然而,目前规范中尚无梯形沟谷设涵的设计方法。现有的研究主要针对上埋式和沟埋式涵洞,对天然梯形沟谷埋设涵洞时的涵洞受力性状的研究甚少。通过数值模拟得出梯形沟谷设涵时,钢筋混凝土箱型涵洞顶部填土内的应力状态和土拱的分布规律。在此基础上建立理论模型,推导涵洞土压力理论计算式,并验证理论方法的正确性。此外,对涵顶土压力的影响因素进行了参数研究。结果表明,梯形沟谷设涵时涵洞的受力状态不同于上埋式和沟埋式两种情况。当涵顶填土高度到达临界高度时,填土中会形成上、下两层土拱。下层土拱效应使涵顶产生土压力集中,上层土拱效应会减小涵顶的土压力集中。涵顶土压力的大小取决于涵顶的填土高度、沟谷坡角、沟谷宽度、涵洞的几何尺寸及填土的性质。 相似文献
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青藏铁路涵洞现浇混凝土基础水化热的数值分析 总被引：1，自引：0，他引：1
考虑相变和热量生成, 导出瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程, 并应用伽辽金法推导出了有限元计算公式. 计算了青藏铁路格尔木至拉萨段DK1258 240处正在修建的涵洞现浇混凝土基础水化热的影响, 结果证明, 现浇混凝土水化热在施工后半年内对涵洞周围的冻土的热状况影响较大, 施工后2 a时仍然还有影响. 为了减小这种影响, 计算了涵洞现浇混凝土基础下铺设厚度为10 cm的保温材料的冻土热状况, 材料分两种方式铺设: 一种铺设与涵洞基础等宽度; 一种铺设比涵洞基础宽度大5 cm. 比较证明: 在涵洞现浇混凝土基础下铺设保温材料可减少现浇混凝土水化热对冻土热状况的影响, 保温材料应按方式二铺设. 相似文献
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郑州市下穿北京―珠海高速公路立交工程是目前亚洲在软土地层中施工的横截面最大的管棚内箱涵顶进工程,如何控制地层位移以及保证公路的安全,是设计和施工中必须考虑的主要问题。对现场的实测数据进行了分析,并应用FLAC数值方法对顶进过程中引起的地层位移进行模拟计算。现场监测和数值模拟结果对比表明,两者基本接近。总结出的地层移动规律如下：①路面发生最大沉降的位置不在轴线处,而是在箱涵跨度的一半处;②最大的水平位移出现在与箱涵中心同一标高掌子面正前方的土体中。管棚复合体的水平位移与路面大致相当,基底的水平位移略小。③孔隙水压力对箱涵顶进引起的周围土层的扰动更为灵敏。 相似文献
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软土地基上高填方刚性涵洞地基承载力分析 总被引：2，自引：0，他引：2
山区沟谷软土地基上高填方刚性涵洞的应用较为广泛,然而,现有的计算理论对该类条件下涵洞地基承载力的认识还不够充分,对地基承载力提出过高的要求,反而为结构带来了不利影响。通过数值模拟和试验手段对涵洞的地基承载力进行深入分析。探讨基础埋深、宽度及软土固结对涵洞地基承载力的影响。研究表明,当基础埋深系数 5时,涵洞地基承载力特征值随着基础埋深的增大近似线性增加,当 5时,基础埋深对地基承载力特征值影响逐渐减小;但基础宽度对软土地基上刚性涵洞地基承载力特征值的影响甚小,实际工程中可不予考虑。此外,试验结果表明,固结度和固结压力对软土的黏聚力和内摩擦角有复合影响,固结度较大时,黏聚力和内摩擦角随固结压力的增大而明显增大。固结度和固结压力对内摩擦角的影响比对黏聚力的影响要大。高填方涵洞地基极限承载力随着软土固结度的增大而提高,当固结度达到90%时,地基极限承载力通常可提高36%以上;地基极限承载力随固结压力的增加呈非线性增大,其提高的幅度逐渐减小。 相似文献
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地埋非圆形管道与土相互作用的分析计算 总被引：2，自引：2，他引：0
对地埋箱形涵道和蛋形管道结构的设计计算,现行的方法是给定作用荷载值和分布,按结构力学方法求解。实际上作用于管道上荷载是随管土的相对刚度而变化的。为此,采用管土相互作用的Winkler模型和传递矩阵法,提出地埋箱形和蛋形管道结构计算的新方法。通过对箱形和蛋形管道与土相互作用的分析计算表明,即使是“刚性”的箱形管道也应考虑与土的相互作用。最后讨论了模型参数、埋深以及管道结构尺寸的变化对管道受力与变形的影响,说明了考虑地埋管道与土的相互作用,对地埋箱形和蛋形管道结构的设计计算才更符合实际。 相似文献
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Michael G. Katona 《国际地质力学数值与分析法杂志》1983,7(3):371-384
A simple friction–contact interface element is introduced which simulates frictional slippage, separation, and re-bonding of two bodies initially mating at a common interface and subsequently deforming with an arbitrary static loading schedule. Constraint equations between initially mating node pairs and the general principle of virtual work are used to formulate the interface element for a finite element solution procedure. Some advantages of the interface element include; easy implementation intostandard finite element programs, direct determination of interface forces without round-off problems, and the generality afforded by the virtual work formulation to include other non-conservative models in the system. The application of the interface element to an idealized buried culvert problem illustrates that the model behaves properly. A second application, for a long-span culvert installation with incremental soil loading, demonstrates the importance of modelling slippage at the culvert–soil interface in order to conform with experimental observations. 相似文献
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沟谷地形下高填方涵洞土压力分布规律较为复杂,不同沟谷地形下涵周土压力分布规律与上埋式涵洞差异显著。为探明沟谷地形对高填方拱涵涵周土压力的影响,采用离心模型试验与数值模拟方法,建立了地形-涵洞-填土的相互作用模型,分析了不同沟谷宽度B、沟谷坡度α下的拱涵涵周土压力及涵顶土压集中系数Ks的分布规律,并与最新涵洞设计规范进行了对比,阐述了沟谷地形下高填方拱涵土压力形成机制。研究表明：（1）沟谷宽度B对涵顶土压力集中系数Ks影响显著,沟谷宽度B为4D～6D,D为拱涵的净跨径,涵顶土压力集中系数Ks增幅较大;（2）沟谷宽度B小于4D时,可发挥沟谷地形对涵洞的减载作用;（3）沟谷坡度α在45°～60°时,涵顶土压力及其Ks变化最显著;（4）填土高度为20m,α>70°时,Ks≤1。填土高度为40m,α>50°时,Ks≤1;(5)我国最新涵洞设计规范推荐的Ks与离心模型试验、数值模拟规律存在一定差异,当α=45°时,沟谷宽度B较小时,规范的涵顶土压力集中系数Ks较为保守;（6）沟谷地形下高填方拱涵Ks与拱顶压密区、等压面的形成有关。拱顶压密区可引起拱涵涵顶土压力集中,并引起压密区周边土体... 相似文献
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某钢筋混凝土箱形铁路桥发生不均匀沉降,经方案优化对比,采用了沉井射水掏土纠偏和塑料袖阀管注浆加固进行综合治理。介绍了其施工工艺和治理效果。 相似文献