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基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究

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岩土力学 2024年第5期45卷 1457-1471页

作者：叶帅华辛亮亮兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,... 详细信息

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,为此,建立了高填方黄土场地单桩桩顶总沉降计算模型。基于传统的荷载传递法和剪切位移法,分别考虑桩-土界面的桩-土相互作用和桩-土界面外剪切带土体的剪切变形。依据桩端边界,将单桩类型分为摩擦桩和端承摩擦桩,分别建立桩周土弹性阶段和塑性阶段的桩身位移控制微分方程,结合边界条件进行求解,得到桩身位移、轴力、侧摩阻力,并通过弹塑性理论求解了桩周土剪切带土体剪切变形,进而通过叠加原理求得桩顶总沉降。用桩长与桩周土塑性发展深度的比值,定义了桩基承载力安全系数K。通过算例分析与现场试验数据对比分析,研究结果表明:使用新的模型计算得到的桩顶总沉降与现场试验结果相近;当桩顶荷载较小、桩周土处于弹性阶段时,桩端边界对桩身轴力、位移和侧摩阻力影响很小,但桩周土进入塑性滑移阶段后,桩端边界的影响开始变大,考虑桩端土的承载能力会极大提高单桩极限承载力;建立了将荷载传递法和剪切位移法综合起来的计算模型,不仅可以考虑桩-土界面的相对滑移,还可以计算桩-土界面外土体剪切带的剪切变形,使得桩顶总沉降计算更加精确,可为类似场地中单桩沉降的分析与控制提供一定的参考。

关键词：荷载传递法剪切位移法桩-土界面桩-土剪切带桩顶沉降承载特性分析

高地应力软岩隧道分级让压支护结构的力学特性分析

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中国公路学报 2024年第3期37卷 342-355页

作者：董建华徐斌吴晓磊兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压... 详细信息

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压结构变形与围岩压力间的相互关系。此外,通过收敛约束法建立数值分析模型,对比强支护和让压支护时的围岩变形特点,揭示了让压支护结构应力分布规律。结果表明:让压点决定了结构进入让压阶段的时机,让压点过小将导致结构急速失稳,不满足围岩的早期变形控制要求,让压点过高则不利于结构让压变形的完全释放,延缓结构稳定时间,影响围岩稳定;增大让压量可显著释放围岩应力,降低结构受力,保障支护结构的稳定性。合理调控两阶段的让压量分担,可提高内拱架的稳定性,减小内拱架的应力集中,提高结构承载能力。所提出的分级让压支护结构通过两阶段让压达到提高让压量、释放围岩应力、减小结构受力的目的,保障了隧道围岩稳定,可为高地应力软岩环境下的支护措施提供借鉴。

关键词：隧道工程高地应力软岩让压支护力学分析应力释放

新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡降温效果及力学机理研究

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土木工程学报 2024年第7期57卷 90-105页

作者：董建华师利君吴晓磊兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

本文提出了一种具有通风降温、支挡锚固和减胀减震功能的新型框架通风锚杆冻土边坡支护结构,并阐述其工作机理。基于传热学和自然对流理论,建立新型框架通风锚杆与土体换热的计算模型,对其降温效果进行了分析;基于Winkler理论,建立冻胀... 详细信息

本文提出了一种具有通风降温、支挡锚固和减胀减震功能的新型框架通风锚杆冻土边坡支护结构,并阐述其工作机理。基于传热学和自然对流理论,建立新型框架通风锚杆与土体换热的计算模型,对其降温效果进行了分析;基于Winkler理论,建立冻胀和融沉阶段新型框架通风锚杆与土体相互作用的力学简化计算模型,分析冻胀和融化阶段新型框架通风锚杆受力性能。结合算例,采用提出的简化计算方法分析了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的热学和力学效应,并通过模型试验与理论计算对比,对所提出理论计算方法的合理性进行验证。结果表明:①新型框架通风锚杆能够充分发挥冷季吸收冷量冻结土体、暖季屏蔽热量保护冻土的作用,并逐年抬升冻融交界面;②新型框架通风锚杆支护结构支护效果良好,能够减弱土体冻胀作用,提高多年冻土边坡的稳定性;③所提出简化计算方法以期为新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡提供理论依据。

关键词：多年冻土边坡新型框架通风锚杆自然对流协同工作融沉固结

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稻草纤维增强泡沫混凝土物理力学性能试验研究

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土木与环境工程学报（中英文） 2024年第3期46卷 189-197页

作者：王秀丽潘旭宾吴征兰州理工大学土木工程学院、西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心兰州730050

为了研究稻草纤维增强泡沫混凝土的性能,以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料,硅灰、偏高岭土和粉煤灰为辅助胶凝材料,稻草纤维为增强材料,采用物理发泡法制备纤维增强泡沫混凝土;通过全因子试验,研究在不同水胶比和发泡剂掺量下,稻草纤维... 详细信息

为了研究稻草纤维增强泡沫混凝土的性能,以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料,硅灰、偏高岭土和粉煤灰为辅助胶凝材料,稻草纤维为增强材料,采用物理发泡法制备纤维增强泡沫混凝土;通过全因子试验,研究在不同水胶比和发泡剂掺量下,稻草纤维掺量对泡沫混凝土的密度、吸水率、抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和抗冻性能的影响。结果表明:对于不同水胶比和发泡剂掺量,泡沫混凝土的密度、抗压强度和劈裂抗拉强度均随纤维掺量的增加呈现出先增加后降低的变化规律;抗压强度随密度增加呈幂函数增加关系;劈裂抗拉强度随抗压强度的增加呈指数函数增加关系;当水胶比为0.45时,抗折强度随纤维掺量的增加先增加后降低,当水胶比为0.50时,抗折强度随纤维掺量的增加而增加;纤维的掺入增大了泡沫混凝土的泡孔尺寸和吸水率,降低了其抗冻性能。

关键词：稻草纤维泡沫混凝土泡孔尺寸力学性能抗冻性能

基于结构等效周期选择和谱匹配地震动记录对RC框架结构地震易损性分析的影响

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世界地震工程 2024年第1期40卷 107-117页

作者：魏世龙韩建平金兆鑫黄鹏菽陈小龙兰州石化职业技术大学土木工程学院甘肃兰州730060 兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

选择合适的地震动记录和地震动强度指标是结构地震易损性分析的基础。首先,分别以加速度反应谱S_(a)(T_(1))值和S_(a)(T_(eq))值为强度指标选取两组地震动记录各20条,并运用谱匹配方法对其进行基于目标设计谱的匹配;其次,输入匹配前后4... 详细信息

选择合适的地震动记录和地震动强度指标是结构地震易损性分析的基础。首先,分别以加速度反应谱S_(a)(T_(1))值和S_(a)(T_(eq))值为强度指标选取两组地震动记录各20条,并运用谱匹配方法对其进行基于目标设计谱的匹配;其次,输入匹配前后4组地震动记录分别对一个5层和一个11层钢筋混凝土(RC)框架结构模型进行增量动力分析,进而分析谱匹配方法以及不同强度指标对最大层间位移角、结构地震易损性、最大残余层间位移角和抗倒塌储备系数的影响。分析结果表明:输入谱匹配后的两组地震动记录,结构地震易损性结果的离散性明显降低且各损伤状态下50%超越概率对应的谱加速度S_(a)(T_(1),5%)和S_(a)(T_(eq),5%)未发生明显偏差;随着结构损伤程度的增大,以S_(a)(T_(eq))为强度指标可以更有效地减小易损性分析结果的离散性;以抗倒塌储备系数为参考指标,S_(a)(T_(1),5%)作为强度指标进行地震动记录的选取有可能高估结构抗倒塌能力,应考虑以S_(a)(T_(eq),5%)为强度指标更优。

关键词：地震易损性谱匹配等效周期抗倒塌安全储备系数偏差

甘肃积石山M6.2地震高烈度区震害特征及机理分析

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地震工程学报 2024年

作者：岳峰董建华董鹏飞范国涛张虎兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心兰州工大工程检测科技有限公司

2023年12月18日甘肃积石山县发生Ms6.2地震,地震导致震中附近受灾严重,尤其以典型民居震害最为普遍和严重,对于研究典型民居震害机理具有警示意义。为研究典型民居的震害机理,通过震后第一时间的震害现场调查,获得典型民居破坏的第一手... 详细信息

2023年12月18日甘肃积石山县发生Ms6.2地震,地震导致震中附近受灾严重,尤其以典型民居震害最为普遍和严重,对于研究典型民居震害机理具有警示意义。为研究典型民居的震害机理,通过震后第一时间的震害现场调查,获得典型民居破坏的第一手资料。针对破坏最为普遍的砖木房屋和砖混房屋作出宏观震害分析,并建立三维有限元数值模型,分析地震作用下两类房屋应力、应变的响应特性,揭示典型民居的地震破坏机理,并给出抗震建议。结果显示,地震作用下砖木房屋和砖混房屋主要以墙体破坏为主,在门窗部位及结构连接处存在应力集中或应变增大现象,是造成民居震害的重要原因,加强对应力集中部位的抗震措施是减轻灾害的重要途径。研究结果对农村新建房和地震灾后重建具有指导意义。

关键词：积石山地震民居震害破坏特征震害机理数值分析

新型阻尼耗能式泥石流格栅坝的工作机制及理论计算方法

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水利学报 2024年第6期55卷 711-722页

作者：王永胜郭文祥张晓研潘远文王彦兵兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050 甘肃省交通工程建设监理有限公司甘肃兰州730050

为解决泥石流冲击作用下传统格栅坝容易损坏问题,提出新型阻尼耗能式泥石流格栅坝,阐述了其结构组成及工作原理。利用力法、变形协调方程与温克尔弹性地基梁理论,建立了新结构耗能与复位阶段各构件的力学计算模型,给出了立柱埋深的计算... 详细信息

为解决泥石流冲击作用下传统格栅坝容易损坏问题,提出新型阻尼耗能式泥石流格栅坝,阐述了其结构组成及工作原理。利用力法、变形协调方程与温克尔弹性地基梁理论,建立了新结构耗能与复位阶段各构件的力学计算模型,给出了立柱埋深的计算方法。运用有限元软件分析新结构的力学特性,并将理论计算与模拟值进行了对比。结果表明:(1)新型阻尼耗能式泥石流格栅坝基于柔性消能理念,通过迎流面格栅与阻尼耗能撑杆协同变形来消耗泥石流冲击能量,与传统泥石流格栅坝相比,大大提高了抗冲击性能;(2)新型阻尼耗能式泥石流格栅坝受力分耗能与复位两阶段,耗能阶段变形协调使最边跨横梁在滑移支座端内力急剧突变,设计时应着重考虑;复位阶段顶层竖杆与横梁内力大于其他层,应重点验算;(3)理论计算与有限元模拟的各构件内力变化趋势基本吻合,验证了本文计算方法的可靠性,结果可为新型阻尼耗能式泥石流格栅坝的推广应用提供理论依据。

关键词：泥石流新型阻尼耗能式泥石流格栅坝工作机制内力计算协同受力

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浸水状态下黄土地区长短桩基础承载特性试验

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：马天忠杨嘉俊王正振陈璋佳郭保文兰州理工大学土木工程学院兰州理工大学甘肃省土木工程防震减灾重点实验室兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心

为深化地基与浸水作用机制的研究，本文通过模型试验，探讨浸水对黄土地区长短桩基础承载特性的影响。试验使用16根组合桩（8长8短），在竖向荷载与浸水条件下，全面分析湿陷变形、桩身承载力和变形特性。结果表明：长短桩基础在竖向荷... 详细信息

为深化地基与浸水作用机制的研究，本文通过模型试验，探讨浸水对黄土地区长短桩基础承载特性的影响。试验使用16根组合桩（8长8短），在竖向荷载与浸水条件下，全面分析湿陷变形、桩身承载力和变形特性。结果表明：长短桩基础在竖向荷载与浸水作用下的Q-s曲线呈典型的缓变型曲线，随浸水和荷载的增加，桩端沉降逐渐增大。水浸入使桩周湿陷土层变形加剧，湿陷变形先缓后急再减缓，湿陷深度增大导致桩侧摩阻力发展，中性点下移。浸水10天后，长桩负摩阻力最大值为61.27kPa，短桩为53.85kPa。浸水时，从负摩阻力减小速度与中性点深度变化范围来看，都是边桩最显著，中心桩和角桩接近；最大负摩阻力出现在角桩，中心桩次之、边桩最后。土体全部饱和后，长桩（边桩）中性点深度比为0.55，角桩、中心桩中性点深度比为0.64，短桩在0.62～0.64之间，试验结果与桩基规范推荐值较为接近。有限元模拟通过水力等效原理模拟浸水试验，结果与室内试验一致，表明试验可靠。

关键词：土木工程长短组合桩桩侧摩阻力中性点有限元模拟

弹性模量对框架预应力锚杆支护边坡坡面变形影响分析

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兰州理工大学学报 2024年第2期50卷 136-141页

作者：叶炜钠周勇叶帅华兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

基于强度折减法,通过实际工程案例对三种弹塑性模型下边坡失稳过程进行数值分析,探究边坡坡面变形规律,研究不同弹塑性模型下土体粘聚力和内摩擦角对边坡坡面变形的影响.结果表明:对边坡坡面变形影响最大的为变模量弹塑性模型,最小的是... 详细信息

基于强度折减法,通过实际工程案例对三种弹塑性模型下边坡失稳过程进行数值分析,探究边坡坡面变形规律,研究不同弹塑性模型下土体粘聚力和内摩擦角对边坡坡面变形的影响.结果表明:对边坡坡面变形影响最大的为变模量弹塑性模型,最小的是理想弹塑性模型;采用变模量和弹性模量线性增加弹塑性模型计算的变形更加趋近实际的变形.通过变形突变点对应的折减系数得到安全系数,为变形和边坡安全系数建立关系提供思路、为边坡监测预警系统的建立提供借鉴,对未来边坡工程信息化的进展有着重要意义.

关键词：边坡弹性模量变形强度折减法