层状地基

摘要： 为实现自平衡试桩理论方法更好地应用于基桩承载力测试,提出一种适用于层状地基中单桩承载力自平衡法测试的理论解析转换方法。基于自平衡上、下段桩加载受力模型,假定桩侧荷载传递函数符合理想弹塑性模型,推导出层状地基中上、下段桩弹性和塑性状态的荷载传递矩阵。再用MATLAB编程得到上、下段桩各微段处轴力、侧摩阻力及竖向变微量,代入精确转换公式中将自平衡试桩结果转换成传统静载测试Q-s曲线,并利用等荷载法求解其极限承载力。结合青岛胶州湾大桥工程试桩实例,采用锚桩法和自平衡法2组试桩工况结果验证该理论解析方法的准确性。研究结果表明:自平衡理论解析计算上、下段桩身各点轴力和侧摩阻力与锚桩法实测数据比较均在误差允许范围内;与传统静压测试、简化转换法相比,该解析转换法Q-s曲线与传统静压试验吻合效果明显优于简化转换法;同时对比2种转换法得到承载力值,简化转换法对于准确测定单桩承载力偏于保守,且不能分析桩身内力特征及承载能力,解析转换方法求解结果精度提高约12.3%。因此,证实了该理论解析方法在实际工程层状地基中有很大的适用性,可在基桩承载力自平衡测试工程中大量推广与应用。

摘要： 基于比例边界有限单元法和连分式渐近展开构建的层状地基高阶双渐近透射边界具有全频范围内快速收敛的高阶精度和很高的计算效率,将高阶双渐近透射边界与近场有限元方程相结合,并将隧洞内水体视为理想声学流体以考虑动水压力作用,进行了输水隧洞-层状地基-动水系统的地震响应分析。数值算例分析结果表明:在地震作用下隧洞内壁的附加动水压力数值较大,其影响不容忽略,考虑动水压力后,隧洞结构的加速度和位移响应略微有所增大,表明动水压力对结构的加速度和位移响应影响较为有限;第一主应力和第三主应力数值有较大幅度增加,隧洞内衬混凝土损伤数值和损伤开裂区域较无内水工况对应的数值大。因此,在输水隧洞的地震响应分析和抗震设计中,十分有必要考虑附加动水压力的影响。

摘要： 为确保层状地基中桥梁柱墩基础在地震作用下的安全,对层状地基中桥梁独柱墩和双柱墩的横、顺桥向地震响应进行试验研究。以南沙至中山高速公路沙仔滘特大桥为背景,通过振动台试验,分析不同超越概率地震波激励下桥梁柱墩基础自振频率、墩顶位移和桩身弯矩。结果表明:顺桥向地震激励下独柱墩和双柱墩第一阶自振频率接近,且对小于5 Hz的低频地震波有放大效应;横桥向地震激励下双柱墩第一阶自振频率大于顺桥向地震激励。对于独柱墩,地震输入结束后墩顶位移随时间衰减,桩身弯矩在桩顶和软硬土层交界面处出现峰值,且桩顶弯矩远大于软硬土层交界面处桩身弯矩,大震作用时更为明显。对于双柱墩,顺桥向地震激励下墩顶位移和桩身弯矩远大于横桥向地震激励,桩身弯矩规律与独柱墩类似;横桥向地震激励下,桩身弯矩呈“剪刀形”变化,墩顶、墩底、桩顶和软硬土层交界面处均出现弯矩峰值,墩底和桩顶位置产生不平衡弯矩。

摘要： 为求解层状地基应变问题的解析解,探究土体分层特性对土层性质的影响,从各向同性平面问题的基本弹性方程出发,利用扩展的瑞利-里兹法构造泛函,并对泛函进行变分,求其驻值,编制Mathematica计算程序求解总体刚度矩阵的线性方程组,得到非对称荷载作用下层状地基平面应变问题的近似解析解。计算结果与有限元软件的模拟结果吻合,验证了程序的精确性,并分析了层状性质对地基变形的敏感程度。所求解不仅具有解析解精确求解的优点,还克服了传统有限元方法对无穷远处结构盲目截断的缺点,计算程序可编辑性强,同时计算结果表明土的分层特性对地基的位移具有显著影响,证明工程实践中采用模量与深度的加权平均近似模拟分层土的特性进行设计计算的方法是不妥当的。

摘要： 为求解层状地基应变问题的解析解,探究土体分层特性对土层性质的影响,从各向同性平面问题的基本弹性方程出发,利用扩展的瑞利-里兹法构造泛函,并对泛函进行变分,求其驻值,编制Mathematica计算程序求解总体刚度矩阵的线性方程组,得到非对称荷载作用下层状地基平面应变问题的近似解析解.计算结果与有限元软件的模拟结果吻合,验证了程序的精确性,并分析了层状性质对地基变形的敏感程度.所求解不仅具有解析解精确求解的优点,还克服了传统有限元方法对无穷远处结构盲目截断的缺点,计算程序可编辑性强,同时计算结果表明土的分层特性对地基的位移具有显著影响,证明工程实践中采用模量与深度的加权平均近似模拟分层土的特性进行设计计算的方法是不妥当的.

摘要： 基于虚土桩模型,研究了桩端应力扩散效应对单桩沉降的影响。结合虚土桩模型和Boussinesq解,提出考虑桩端应力泡形扩散的应力泡形虚土桩模型来考虑桩端土对桩的支承作用;利用荷载传递法,对桩周土采用双折线模型,推导得到层状地基中考虑桩端应力泡性扩散的单桩沉降解析解;讨论了弹性极限位移、弹性抗剪切刚度系数、附加应力值等参数对单桩沉降的影响;结合工程实测数据,将该方法与现有理论解进行对比,验证了方法的合理性。应力泡形虚土桩模型的最大优势在于能够较严格地给出桩端应力扩散边界,具有更广泛的工程应用价值。

摘要： 基于虚土桩模型,研究了桩端应力扩散效应对单桩沉降的影响.结合虚土桩模型和Boussinesq解,提出考虑桩端应力泡形扩散的应力泡形虚土桩模型来考虑桩端土对桩的支承作用;利用荷载传递法,对桩周土采用双折线模型,推导得到层状地基中考虑桩端应力泡性扩散的单桩沉降解析解;讨论了弹性极限位移、弹性抗剪切刚度系数、附加应力值等参数对单桩沉降的影响;结合工程实测数据,将该方法与现有理论解进行对比,验证了方法的合理性.应力泡形虚土桩模型的最大优势在于能够较严格地给出桩端应力扩散边界,具有更广泛的工程应用价值.

摘要： 为探究层状地基环形沟隔振中几何参数对其隔振效果的影响规律,文章采用振幅衰减比Ar值进行评价分析,并定义沟后Ar≤0.4区域为有效隔振区域,通过改变环形沟的几何参数,得到其对有效隔振区域影响变化规律,从而确定环形沟不同几何参数对其隔振效果的影响.结果表明:层状地基土中环形沟深度位于土层分界面附近时,环形沟隔振效果相对较弱;当宽度参数在0.01～0.35之间不断增大时,有效隔振区域占比变化幅度仅为4.8％,即环形沟宽度变化对环形沟隔振效果影响较小;随着环形沟弧长的增加,有效隔振区域面积的扩大速率减缓,弧长参数达到2.20以后,隔振效果趋于稳定;振源与环形沟之间及环形沟末端位置区域存在振动放大区.

摘要： 为研究高速列车作用下,层状地基中空沟对场地振动的隔振效果,基于车辆-轨道耦合动力学理论及有限元法,对建立完善高速车辆-无砟轨道-地基耦合系统动力学模型进行仿真计算,分析设置空沟对场地振动的影响,并探讨了空沟的深度、位置、宽度以及列车速度的影响.结果表明:设置空沟加强了沟前场地的振动,但可使空沟后方地基的竖向和水平振动水平大幅减小,但在特定位置存在振动放大区,引起隔振效果减弱;过浅或过深的空沟均不能达到最优隔振效果;对于在线路旁需要特殊隔振的场地,存在一个适用于其本身的空沟最佳位置;空沟的宽度对隔振效果无明显影响;空沟对更高速度运行列车引起场地竖向和横向振动的隔振效果更明显.

摘要： 基坑开挖将对周围土体造成应力扰动,打破地层的应力平衡状态,进而使下卧地铁隧道结构遭到不同程度的破坏.针对既有研究的不足,考虑地基土体的非均质性对作用于隧道上附加应力的影响,引入弹性层状半空间地基模型,建立基坑开挖对下卧隧道影响的两阶段分析法.采用Hankel积分变换得到作用荷载表达式,运用矩阵递推法,推导出层状地基中轴对称垂直荷载作用下土体竖向附加应力解.在此基础上,基于Winkler-Pasternak双参数地基模型将既有隧道视为Euler-Bernoulli长梁,建立隧道变形后的挠度平衡微分方程,采用有限差分法将方程简化并获得隧道纵向变形解析解.通过与Winkler地基模型对比,发现Winkler-Pasternak模型能体现地基弹簧的相互作用,计算结果更精确,而Winkler模型明显高估隧道纵向变形.结合有限元数值模拟和工程实例进行分析,证实所提出方法的有效性.研究成果为准确预测下卧隧道在基坑开挖卸荷作用下的变形提供了一定理论支撑.

摘要： 基于积分变换、对偶方程与精细积分算法求解多层地基任意形状刚性基础的动力刚度,构建频域框架内的地基动力分析模型,以MATLAB为平台开发了相关软件.利用子结构法在对某百万千瓦级大型核电站进行了结构-地基相互作用分析,得到了该厂房的楼层反应谱.数值算例验证了动力刚度算法的准确性、可行性与工程适用性,对于复杂层状地基上的核电抗震设计具有指导意义.

摘要： 精细积分法既可得到在计算机精度意义下的精确解，又能够保持哈密顿体系的辛结构。其是求解一阶线性常微分方程组的精确数值方法，既可以用于时间域的初值问题，又可以应用于空间域的两点边值问题。运用精细积分法求解微层区段矩阵，并对微层区段矩阵合并得到整个层状地基的区段矩阵，最终得到层状地基的动力柔度值。运用数值算例验证了本文方法的计算精度。

摘要： 纺锤型桩靴(Spudcan)是一种常用的海洋平台基础形式。在层状地基中，基础容易发生穿透破坏，导致平台失效，纺锤型基础在层状地基中的穿透破坏问题越来越受到人们的关注。本文采用大变形有限元方法模拟纺锤型基础在上层砂土下层粘土的层状地基中的整个贯入过程，分别分析了上层砂土的相对厚度(H/D=0.5、0.75 和1.0)、砂土的摩擦角(f =28°、30°、32°、 34°、36°、38°)以及下层软粘土的抗剪强度(suc=10、20、40、60 kPa)对基础承载力的影响规律，分析了基础发生穿透破坏的位置，为工程设计提供依据。计算结果表明：砂土的摩擦角对穿透破坏位置的影响较小，上层砂土的厚度以及下层软粘土的抗剪强度对穿透破坏的位置影响显著。

摘要： 地铁施工引起的临近既有管道变形是城市轨道交通建设中较为关心的施工问题。目前，针对该领域的研究一般假定地基土体均质，而没有考虑地基的自然成层性，此外大多没有考虑既有管道变形与土体自由位移场相互作用的耦合效应。为此，基于弹性层状半空间地基模型，针对隧道开挖边界引入非均匀收敛变形径向土体位移移动模式，提出了层状地基中地铁施工垂直穿越既有管道变形的耦合分析方法和两阶段分析方法，并进行了算例对比和参数分析。结果表明：耦合方法在分析非均质层状地基时具有较好的计算精度，其精度要高于基于Loganathan和Poulos公式的两阶段方法;同时，地基土体的成层性对既有地下构筑物的变形性能具有较大影响。研究成果可为合理制定城市地铁施工对周围环境影响的保护措施提供一定的理论依据。

摘要： 将地基视为多层各向同性弹性体,对Euler-Bernoulli梁进行有限单元离散分析,对地基-梁接触面采用边界积分法求解,根据地基-梁接触面的竖向位移协调和光滑接触条件,应用有限元与边界元耦合的方法推导出各向同性成层弹性地基上的Euler-Bemoulli梁的半数值半解析解.基于文中理论,编制了相应的程序,通过与现有文献对比,验证了文中理论的正确性,对比分析了分层地基与等效均匀地基两种模型上的弹性地基梁.研究结果表明,分层地基与等效均匀地基两种模型上弹性地基梁性状差异较大,实际弹性地基梁计算中应采用分层地基模型.

摘要： 基于层状体系解析刚度矩阵理论解,结合5节点Gauss-Legendre求积公式,提出了层状地基中顶管施工正面附加推力、掘进机与土体之间摩擦力以及共同作用力引起的附加荷载计算方法,分析了顶管推进引起的土体竖向附加荷载分布规律,也研究了地基等效均质性、土层力学参数、计算点间距以及顶管埋深等因素对顶管施工诱发附加荷载的影响效应.研究结果表明,掘进摩擦力引起的附加荷载在掘进面前方迅速达到压应力峰值,其量值大小和影响范围均要大于正面附加推力,是顶管施工引起临近地层附加荷载的主要影响因素.此外,层状地基土体参数的改变会对顶管施工扰动地层的附加荷载产生一定影响,地基等效均质性、计算点间距以及顶管埋深等因素对附加荷载大小及分布均存在显著影响.成果可为合理制定顶管开挖对周围土工环境的保护措施提供一定理论依据,也可为其他盾构隧道工程提供一定的理论参考.

摘要： 在我国城市地铁建设中,盾构隧道施工影响下的市政管线安全控制问题已经引起了设计和科研工作者的广泛关注。rn 目前,针对该领域的研究一般采用基于应力控制技术的数值模拟方法,而且建立在地基土体均质的假定基础上,没有考虑地基的自然成层性。为此,采用弹性层状地基模型来考虑地基土体的非均质性,采用位移控制技术来体现任意给定的地层损失比,提出了层状地基中城市盾构隧道开挖引起临近市政管线纵向变形的位移控制分析方法。最后结合离心模型试验和位移控制有限元数值模拟进行分析,验证了本文方法的有效性,同时算例分析也表明：针对层状地基,如果按照以往的近似考虑土体成层性的计算方法进行求解,会带来比较大的计算误差。因此建议在地铁隧道设计中,应该充分考虑土体成层性所带来的影响。研究成果可为合理制定城市地铁隧道施工对周围环境影响的保护措施提供一定的理论依据。

摘要： 本文采用双曲线荷载传递函数推导了适用于层状地基中抗拔桩的荷载位移关系曲线的解析算式,并将其拟合分析了部分既有文献中的模型和原位试验数据，检验了该方法的应用可能性。文中还进行了参数分析,对桩身自重对抗拔承载力的影响进行了讨论。

摘要： 基于等价线性法和一维剪切波传播理论,开发了等价线性法频域计算的c++程序.为验证自编c++程序的有效性,与在工程中广泛使用的SHAKE91程序就某一核电成层土地基进行算例对比,发现两种程序计算所得加速度峰值随高程的变化吻合较好,地震波时程向位移频谱转换时采用不同方法会对计算结果产生影响.

摘要： 基于等价线性法和一维剪切波传播理论,开发了等价线性法频域计算的c++程序.为验证自编c++程序的有效性,与在工程中广泛使用的SHAKE91程序就某一核电成层土地基进行算例对比,发现两种程序计算所得加速度峰值随高程的变化吻合较好,地震波时程向位移频谱转换时采用不同方法会对计算结果产生影响.

摘要： 本发明公开了一种基于Pasternak地基模型层状土中单桩水平动力响应分析方法，采用分层的Pasternak地基模型模拟桩周土体剪切效应，采用分段的Timoshenko梁模型模拟桩体以考虑桩体弯曲、剪切变形，同时假定桩‑土模型满足小变形条件，桩土界面为完全接触且无相对滑动，桩底为固端约束。本发明在上述假定的基础上，首先建立了分段桩身单元的水平动力平衡方程，其次建立了桩身转角、弯矩、剪力与桩身水平位移关系，再次根据桩的水平位移、转角、弯矩及剪力连续性，建立分段桩身单元的系数矩阵方程组，最后根据边界条件得到桩身各段水平位移以及桩身任意截面上的弯矩和剪力。本发明可为桩基动力检测提供理论指导和参考作用。

摘要： 本发明实施例提供一种基于传递矩阵法的沉陷区层状介质地基附加应力计算方法，方法包括：根据沉陷区中地基的岩性差异，将所述地基划分成多个层状介质，基于Boussinesq地基模型计算出所述多个层状介质中第一层介质的附加应力分量；根据应变势能守恒条件和竖向附加应力平衡条件，求解所述第二层介质的附加应力分量表达式中的系数，将所述系数带入所述附加应力分量表达式中，获取所述第二层介质的附加应力分量；基于传递矩阵方法，根据所述第二层介质的附加应力分量求解所述地基中除所述第一层介质和第二层介质以外的其他层介质的附加应力分量。本发明实施例更加符合实际情况，提高了附加应力计算的精确性和计算速度。

摘要： 本发明实施例公开了一种层状Pasternak地基中相邻桩基水平动力相互作用分析方法及系统，其包括：S1、给定相邻桩基水平动力相互作用简化力学模型对应的假定条件；S2、创建考主动桩桩身单元的动力平衡方程；S3、创建主动桩桩身水平振动位移和转角关系方程并获得对应的位移通解；S4、计算主动桩的桩身水平振动位移、桩身弯矩以及剪力；S5、计算由主动桩I引起的被动桩II的动态位移并计算出邻桩相互作用因子。本发明能更好的模拟桩周土体对桩身的约束作用；且同时考虑轴向力作用下的相邻桩基水平动力相互作用，能适用于复杂多向荷载作用下的相邻桩基水平振动问题，更符合实际工程中群桩相互作用体系的研究，可为桩基动力理论提供指导和参考作用。

摘要： 本发明公开了一种基于Pasternak地基模型的层状土中单桩水平振动分析方法，采用分层的Pasternak地基模型模拟桩周土体剪切效应，采用分段的Timoshenko梁模型模拟桩体以考虑桩体弯曲、剪切变形，同时假定桩‑土耦合振动模型满足小变形条件，桩土界面为完全接触且无相对滑动，桩底为固端约束。本发明在上述假定的基础上，首先建立了分段桩身单元的水平动力平衡方程，其次建立了桩身转角、弯矩、剪力与桩身水平位移关系，再次根据桩的水平位移、转角、弯矩及剪力连续性，建立分段桩身单元的传递矩阵，最后根据边界条件得到桩顶阻抗函数刚度，以及桩身任意截面上的弯矩和剪力。

摘要： 本发明公开了一种基于Pasternak地基模型层状土中单桩水平动力响应分析方法，采用分层的Pasternak地基模型模拟桩周土体剪切效应，采用分段的Timoshenko梁模型模拟桩体以考虑桩体弯曲、剪切变形，同时假定桩‑土模型满足小变形条件，桩土界面为完全接触且无相对滑动，桩底为固端约束。本发明在上述假定的基础上，首先建立了分段桩身单元的水平动力平衡方程，其次建立了桩身转角、弯矩、剪力与桩身水平位移关系，再次根据桩的水平位移、转角、弯矩及剪力连续性，建立分段桩身单元的系数矩阵方程组，最后根据边界条件得到桩身各段水平位移以及桩身任意截面上的弯矩和剪力。本发明可为桩基动力检测提供理论指导和参考作用。

摘要： 本发明实施例提供一种基于传递矩阵法的沉陷区层状介质地基附加应力计算方法，方法包括：根据沉陷区中地基的岩性差异，将所述地基划分成多个层状介质，基于Boussinesq地基模型计算出所述多个层状介质中第一层介质的附加应力分量；根据应变势能守恒条件和竖向附加应力平衡条件，求解所述第二层介质的附加应力分量表达式中的系数，将所述系数带入所述附加应力分量表达式中，获取所述第二层介质的附加应力分量；基于传递矩阵方法，根据所述第二层介质的附加应力分量求解所述地基中除所述第一层介质和第二层介质以外的其他层介质的附加应力分量。本发明实施例更加符合实际情况，提高了附加应力计算的精确性和计算速度。

摘要： 本发明涉及一种用于层状地基土层界面动应力的传递系数确定方法及系统。方法包括根据未施加动力扰动源荷载的界面层和软土层的密度、波速，基于能量守恒方程确定硬壳层、软土层的初始波阻抗之比；根据施加动力扰动源荷载的界面层的密度、波速，基于能量守恒方程确定界面层、软土层的波阻抗之比；根据初始波阻抗之比和波阻抗之比确定一界面动应力传递系数；根据界面层的厚度、能量吸收系数和振动频率确定一界面动应力传递系数；根据硬壳层的厚度和能量吸收系数、软土层的能量吸收系数、振动频率确定一界面动应力传递系数；根据上述三个界面动应力传递系数确定界面动应力传递系数。本发明能够提高传递系数确定的准确性，进而提高动力响应的可靠性。

摘要： 本发明实施例提供一种层状地基中泥浆沟槽稳定性的三维楔体分析方法及系统，包括：获取层状地基中若干连续的土条水平切片，确定垂直方向上每个所述土条水平切片的第一静力平衡方程，以及水平方向上每个土条水平切片的第二静力平衡方程；基于每个土条切片的破坏面剪切力、抗剪强度确定第一安全系数，基于所述土条切片的侧面剪切力、抗剪强度确定第二安全系数；基于第一安全系数和所述第一静力平衡方程求解所述土条切片的滑裂面上的有效法向力，基于有效法向力、第一安全系数、第二安全系数和所述第二静力平衡方程，确定综合安全系数的隐式表达式，可考虑地基土的成层性、楔体的尺寸以及楔体侧面剪切力，能够对分层的泥浆沟槽稳定性分析。

摘要： 层状地基基坑开挖引起下卧隧道隆起位移的计算方法，包括如下步骤：(1)根据基坑与下卧隧道之间的相对位置关系，明确相关参数，建立计算分析模型；(2)根据荷载作用于土体内部的情况推导出荷载作用面以下的应力应变解答，将隧道和地基分别等效为Euler‑Bernoulli长梁和利夫金地基模型，基坑开挖卸荷引起土体附加应力的变化采用弹性层状地基Mindlin解计算，由此得到相应的力学模型，推导出基坑开挖卸荷下隧道纵向变形控制微分方程；(3)最后采用有限差分法计算基坑开挖引起的下卧既有隧道隆起变形。本发明计算方法能够更为合理地模拟成层地基隧道的力学模型，使计算基坑开挖引起下卧隧道的隆起量更为准确可靠。

摘要： 本发明涉及一种用于层状地基土层界面动应力的传递系数确定方法及系统。方法包括根据未施加动力扰动源荷载的界面层和软土层的密度、波速，基于能量守恒方程确定硬壳层、软土层的初始波阻抗之比；根据施加动力扰动源荷载的界面层的密度、波速，基于能量守恒方程确定界面层、软土层的波阻抗之比；根据初始波阻抗之比和波阻抗之比确定一界面动应力传递系数；根据界面层的厚度、能量吸收系数和振动频率确定一界面动应力传递系数；根据硬壳层的厚度和能量吸收系数、软土层的能量吸收系数、振动频率确定一界面动应力传递系数；根据上述三个界面动应力传递系数确定界面动应力传递系数。本发明能够提高传递系数确定的准确性，进而提高动力响应的可靠性。