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被动桩极限阻力和极限位移的有限元分析与模型试验研究

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被动桩极限阻力和极限位移的有限元分析与模型试验研究

作者：周喜武河海大学

学位级别：硕士

本文在总结和阐述现有被动桩土压力理论、试验成果和计算方法的基础上，采用有限元方法和室内土槽模型试验对被动桩的极限阻力和极限位移展开了初步的研究。首先，总结了被动桩的研究现状及常见的工程问题，介绍了被动桩现有的各... 详细信息

本文在总结和阐述现有被动桩土压力理论、试验成果和计算方法的基础上，采用有限元方法和室内土槽模型试验对被动桩的极限阻力和极限位移展开了初步的研究。首先，总结了被动桩的研究现状及常见的工程问题，介绍了被动桩现有的各种土压力理论、试验成果和计算方法，总结了被动桩极限阻力的几种计算公式。论证了进行本文工作的必要性。其次，应用平面应变有限元程序结合土体的理想弹塑性模型分析被动桩极限阻力的影响因素。通过有限元分析发现，除了目前大家所熟悉的桩径D和土体的粘聚力c、内摩擦角φ对桩的极限阻力有影响外，土体的弹性模量E和泊松比υ对极限阻力也有影响，尤其是泊松比υ的影响在极限阻力计算时宜给予考虑。并根据有限元的计算结果，提出了可以考虑土体的泊松比υ及粘聚力c、内摩擦角φ、桩径D等因素的极限阻力计算公式F(z)=f(D，σ，c，φ，ν)。然后将本文提出的桩极限阻力计算公式和以往的计算公式进行了比较，验证本文公式的合理性。并讨论了“圆型截面桩”与“矩形截面桩”极限阻力计算公式的近似转换。鉴于传统的土槽模型试验难以真实地反映实际应力水平下原型桩的性状，本文提出一种新的方法，对以往的土槽模型试验设备进行了改进，制做了一套新的设备。本文所建议的模型试验方法克服了以往土槽模型试验的缺点。然后通过土槽模型试验研究了被动桩的极限阻力，对本文所提出的桩极限阻力计算公式进行了验证。给出了被动桩极限位移X的定义，并通过分析得出，研究被动桩的极限位移X，对被动桩使用中的安全检测及被动桩的设计，都具有一定的参考意义。通过有限元法和模型试验，对被动桩的极限位移的大小及其影响因素进行了研究，提出了极限位移的计算公式X(z)=f(D，σ，c，φ，E，ν)。然后通过模型试验对本文提出的极限位移公式进行了验证。并讨论了“圆型截面桩”与“矩形截面桩”极限位移计算公式的近似转换。最后，在本文前面分析的基础上，提出了确定被动桩桩侧阻力分布型式的方法，与前人的经验方法相比，本文方法是具有一定的理论依据的，但其准确性有待进一步验证。

关键词：被动桩极限阻力极限位移平面应变有限元法理想弹塑性模型初始侧向应力弹性模量泊松比土槽模型试验桩侧阻力分布型式

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抗滑桩极限阻力的有限元分析

岩土力学 2004年第z2期25卷 301-304,314页

作者：朱俊高周喜武河海大学土木工程学院岩土工程研究所江苏南京210098

应用平面应变有限元法分析了不同强度、应力状态下土体的单桩极限抗滑阻力,并与现有的极限阻力经验公式的计算结果进行了比较,论证了结果的合理性。对不同桩径及不同土体力学参数情况下的桩极限阻力进行了分析,研究了桩径及土体参数等... 详细信息

应用平面应变有限元法分析了不同强度、应力状态下土体的单桩极限抗滑阻力,并与现有的极限阻力经验公式的计算结果进行了比较,论证了结果的合理性。对不同桩径及不同土体力学参数情况下的桩极限阻力进行了分析,研究了桩径及土体参数等因素对桩极限阻力的影响。为进一步利用该方法研究单桩极限抗滑阻力的计算公式提供了基础。

关键词：抗滑桩极限阻力有限元法

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混凝土坝裂缝转异监控模型研究

中国科学：技术科学 2011年第9期41卷 1262-1270页

作者：包腾飞秦栋周喜武吴桂芬河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心南京210098 江苏省水利工程科技咨询有限公司南京210029 中国华电工程(集团)有限公司北京100035

融汇裂缝安全监控理论及其转异诊断方法建立了混凝土坝裂缝转异监控模型,重点研究了裂缝长度对裂缝口张开位移的影响。基于虚拟裂缝模型的基本假定,对混凝土坝裂缝的扩展过程进行了线性假设;通过动力学结构突变和统计学模型突变的检验... 详细信息

融汇裂缝安全监控理论及其转异诊断方法建立了混凝土坝裂缝转异监控模型,重点研究了裂缝长度对裂缝口张开位移的影响。基于虚拟裂缝模型的基本假定,对混凝土坝裂缝的扩展过程进行了线性假设;通过动力学结构突变和统计学模型突变的检验方法获取混凝土坝裂缝的转异点;把对转异监控模型的求解转化为极值优化问题,并利用粒子群优化算法进行解答,据此完成了对混凝土坝裂缝转异监控模型的建立及求解.文末以某混凝土重力坝105m高程的典型裂缝为例对所提出的转异监控模型进行了验证。

关键词：混凝土坝裂缝转异监控模型线性假设转异诊断粒子群优化算法

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椭圆-抛物线双屈服面模型参数灵敏度分析

岩土力学 2011年第1期32卷 70-76页

作者：史江伟朱俊高张丹周喜武河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 河海大学岩土工程研究所南京210098 成都勘测设计研究院工程分院成都610072 江苏省水利工程科技咨询有限公司南京210029

利用两种土石料三轴CD试验数据确定两组椭圆-抛物双屈服面模型参数,研究了模型参数α、KG、n、h、m、M1、M2和pr分别单独变化(而其他参数保持不变)对模型所反映的土的应力-应变关系的影响。结果表明,土体的体积应变对参数h、m比较敏感;... 详细信息

利用两种土石料三轴CD试验数据确定两组椭圆-抛物双屈服面模型参数,研究了模型参数α、KG、n、h、m、M1、M2和pr分别单独变化(而其他参数保持不变)对模型所反映的土的应力-应变关系的影响。结果表明,土体的体积应变对参数h、m比较敏感;α、KG、n对剪胀性土的体变影响较大,而对剪缩性土体变影响不明显;α、KG、n、h和m对模型反映的强度没有影响;pr变化对体变和强度影响均较小。M1和M2对强度和体变均有显著影响,且M1和M2中的小值决定模型的强度。定义了灵敏度,即一种用于表示模型参数对其所反映的应力-应变的影响程度的参数。分析表明,不同的参数,其灵敏度差异很大;不同的土类,参数灵敏度差异也较大。实际应用时,对灵敏度大的参数取值应特别慎重。

关键词：椭圆-抛物线双屈服面模型参数灵敏度应力应变剪胀性

基于解析二阶盲辨识的结构工作模态分析及真假模态区分

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工程力学 2024年第1期41卷 249-256页

作者：李涧鸣包腾飞周喜武高瑾瑾顾昊河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 河海大学水利水电学院南京210098 三峡大学水利与环境学院宜昌443002 江苏省水利工程科技咨询股份有限公司南京210029 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院南京210029

自动获取运行中的模态参数对于大型土木结构的健康状态实时在线监测具有重要意义。针对现有方法模态分辨困难的问题,提出了一种基于解析二阶盲辨识的工作模态分析方法,并相应提出了真假模态区分方法以实现模态参数自动识别。与传统方法... 详细信息

自动获取运行中的模态参数对于大型土木结构的健康状态实时在线监测具有重要意义。针对现有方法模态分辨困难的问题,提出了一种基于解析二阶盲辨识的工作模态分析方法,并相应提出了真假模态区分方法以实现模态参数自动识别。与传统方法不同,该方法无需引入稳定图,可直接从结构振动响应中有效分离出各阶模态响应。通过构造模态特征指标和K均值聚类实现真假模态自动区分,并采用频域参数拟合法估计模态参数。通过8自由度数值算例和混凝土重力拱坝工程实例对该文方法效果进行了验证。结果表明:该方法具有较好的模态自动分离和筛选能力,对固有频率、阻尼比和振型的识别精度均较高,尤其对于密集模态的识别具有显著优势。

关键词：结构健康监测模态分析二阶盲辨识自动识别混凝土坝

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斯里兰卡冷涡及其成因分析

热带海洋学报 2008年第4期27卷 45-51页

作者：邱云李立周喜武国家海洋局第三海洋研究所福建厦门361005

利用卫星遥感资料结合历史水文资料分析了斯里兰卡冷涡的季节演变及其形成机制。分析表明,斯里兰卡冷涡发生于每年的6—10月之间,其中心位于8°N、83°E,垂直深度可至250m。西南季风受斯里兰卡岛地形的阻挡而在其东侧海域形成气旋式风... 详细信息

利用卫星遥感资料结合历史水文资料分析了斯里兰卡冷涡的季节演变及其形成机制。分析表明,斯里兰卡冷涡发生于每年的6—10月之间,其中心位于8°N、83°E,垂直深度可至250m。西南季风受斯里兰卡岛地形的阻挡而在其东侧海域形成气旋式风应力旋度引起的向上Ekman抽吸是冷涡产生的主要原因。冷涡随季节的发展先朝东北、后朝西北方向移动,造成冷涡的季节平均位置比气旋式风应力旋度偏北1—2个纬度。西南季风漂流的平流作用以及基于β平面的简单涡旋传播理论可分别用于解释涡旋的东北向和西北向运动。

关键词：孟加拉湾冷涡季节变化高度计

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T年重现期波高的最大熵估计

台湾海峡 2006年第2期25卷 153-159页

作者：张军葛勇陈航宇周喜武国家海洋局第三海洋研究所福建厦门361005

本文在最大熵原则的基础上,通过解一条件变分问题,导出一种由观测数据估计T年（常用的有50a或100a）重现期波高的新方法.本文导出的概率密度函数为f4（H）=αH^γe^-βH4,式中参量α、β、γ可以由年极值波高H的1～4阶分布矩（Hm^-,m=1,... 详细信息

本文在最大熵原则的基础上,通过解一条件变分问题,导出一种由观测数据估计T年（常用的有50a或100a）重现期波高的新方法.本文导出的概率密度函数为f4（H）=αH^γe^-βH4,式中参量α、β、γ可以由年极值波高H的1～4阶分布矩（Hm^-,m=1,2,3,4）显式地表示出来.其具有如下的优越性：（1）参量中包含了H的3阶和4阶分布矩,适用于描述不确定性很大的海浪的重现期波高;（2）符合最大熵原则,即其信息熵最大,从而特别适用于重现期波高的估计;（3）形式简单且其参量容易由已知观测数据确定,便于理论和实际应用.作者对两个水文观测站的实测数据,分别使用该方法,及一些现有常用的方法计算其50、100a重现期波高.比较计算结果表明该方法非常接近于皮尔逊-Ⅲ方法和龚贝尔方法的结果.

关键词：重现期波高最大熵原则概率密度函数分布矩

基于最大熵原理的非Rayleigh海浪波高的统计分布

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2008年第2期38卷 189-194页

作者：张军葛勇陈航宇周喜武国家海洋局第三海洋研究所环境动力研究室福建厦门361005

在最大熵原理的基础上，通过解一个条件变分问题导出一种适用于描述非Rayleigh海浪波高H统计分布的概率密度函数f4（H）=aH^re^-βH^4，并将其参量α，β，γ以H的1～4阶分布矩（H^m^——m=1，2，3，4）显式地表示出来。用实验室风浪槽... 详细信息

在最大熵原理的基础上，通过解一个条件变分问题导出一种适用于描述非Rayleigh海浪波高H统计分布的概率密度函数f4（H）=aH^re^-βH^4，并将其参量α，β，γ以H的1～4阶分布矩（H^m^——m=1，2，3，4）显式地表示出来。用实验室风浪槽中不同风速下和不同风区处实测的36组风浪波高数据对上式进行验证，并与至今仍被广泛应用的瑞利波高概率密度函数加以比较。结果显示瑞利概率密度函数显著的偏离实验数据，而上式则与各组实测波高分布均符合良好。

关键词：最大熵原理概率密度函数波高海浪

基于潜标观测的牛郎海山的深海海流的低频变化特征

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海洋学报 2022年第5期44卷 71-79页

作者：旷芳芳张俊鹏周喜武陈航宇靖春生自然资源部第三海洋研究所海洋动力学研究室福建厦门361005

本文利用在西太平洋牛郎海山布放的两套锚系潜标获取的长时间海流观测数据,分析了深海的海洋动力环境特征,着重阐释了该海域海流的全水深垂向结构及其低频变化特征。结果表明:(1)年平均海流及其变化幅度均在上层最大、中层和深层次之、... 详细信息

本文利用在西太平洋牛郎海山布放的两套锚系潜标获取的长时间海流观测数据,分析了深海的海洋动力环境特征,着重阐释了该海域海流的全水深垂向结构及其低频变化特征。结果表明:(1)年平均海流及其变化幅度均在上层最大、中层和深层次之、中深层最小;(2)年平均上,150 m以浅的海流为东向的副热带逆流,150 m以深和中层为西向流;山顶处的近底层海流为较稳定的弱南向流,山底处的近底层海流为西南向流;(3)在山顶和山底,各深度层次的海流在全年均表现出100 d左右的振荡周期;在2000 m以浅,各深度层次的海流振荡的位相基本一致,振荡幅度在表层最强、随深度的增加而减小;在2000 m以深,海流变化的位相与2000 m以浅相反,振荡幅度在4000 m最强。

关键词：牛郎海山潜标深海海流低频变化