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地下结构地震响应分析的高效混合模拟方法

岩土工程学报 2024年第1期46卷 45-53页

作者：禹海涛王治坤同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

数值模拟是地下结构抗震分析的重要手段之一,然而地震动输入及边界效应、模型尺度规模等因素均会影响数值模拟的计算精度和效率,并且存在计算尺度、计算时间、计算精度之间的矛盾,因此如何高效、精确地模拟地下结构与地层相互作用体系... 详细信息

数值模拟是地下结构抗震分析的重要手段之一,然而地震动输入及边界效应、模型尺度规模等因素均会影响数值模拟的计算精度和效率,并且存在计算尺度、计算时间、计算精度之间的矛盾,因此如何高效、精确地模拟地下结构与地层相互作用体系的地震响应仍是亟待解决的关键问题。基于区域缩减法(DRM)将边界元和有限元相融合的核心思想,旨在建立能够合理模拟地下结构-地层系统地震响应特征的高效混合分析方法。首先将地下结构-地层整体模型划分为近场地层-结构内域子模型和远场地层外域子模型,通过构造重合节点保证内域-外域耦合边界处的位移连续性;其次,基于边界元求解外域自由场或地形影响下的非自由场地震动特征,并采用DRM构造矩阵方程将外域动力响应转化为等效地震荷载,可以在保证地震动合理输入的前提下极大地缩减外域模型尺寸,进而实现对内域中地下结构地震响应的快速参数化分析;最后,设计了两组典型算例以检验该方法的可靠性和高效性。结果表明:对于无地形影响下的双线隧道地震响应模拟,通过与远置边界参考解对比验证了方法的有效性;对于受地形条件影响下的双线隧道地震响应模拟,本方法在保证精度要求的基础上极大缩减了包括地形在内的外域模型范围,相比远置边界法和传统黏弹性法,可使计算模型尺度分别缩减97%和83%,计算时间减少72%和58%。此外,该方法还可推广到斜入射地震动作用下地下结构的动力响应分析。

关键词：地下结构混合方法区域缩减法非自由场地震输入

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含水率和冻融循环对筋土界面剪切特性的影响

中南大学学报（自然科学版） 2024年第2期55卷 586-594页

作者：孟亚徐超贾斌左彬澧同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司上海200063

制作了一套可实现温度控制的筋土界面直剪试验设备。为了研究含水率、界面温度、冻融循环次数对筋土界面剪切特性的影响,开展11组土工格栅-砂土界面直剪试验。研究结果表明,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随含水率的增加而减小,当含水率提... 详细信息

制作了一套可实现温度控制的筋土界面直剪试验设备。为了研究含水率、界面温度、冻融循环次数对筋土界面剪切特性的影响,开展11组土工格栅-砂土界面直剪试验。研究结果表明,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随含水率的增加而减小,当含水率提高时,筋土间的抗剪强度减弱。加筋可显著提高冻土的抗剪强度,当界面温度为-10℃时,土工格栅-砂土界面剪应力峰值较冻结后砂土的剪应力增加了约20%。筋土界面剪应力随着界面温度的降低而增大,当界面温度在0℃以下时,剪应力较大且剪应力-剪切位移曲线会出现峰值强度和残余强度,而在无冻结情况下,筋土界面剪应力稳定值基本相同。冻融循环后筋土界面的抗剪强度减小,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随着冻融循环次数的增加而减小,但在4次冻融循环后趋于稳定。研究成果可为冻土地区土工格栅加筋土结构的设计和应用提供理论依据。

关键词：土工格栅直剪试验筋土界面剪切特性冻融循环

加载与干湿循环作用下土石混合料蠕变特性试验

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岩土力学 2024年第1期45卷 226-234页

作者：孙晨峰王步雪岩钱建固王家超张甲峰同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 上海民航新时代机场设计研究院有限公司上海200335

土石混合料在干湿循环作用下具有显著的蠕变性,其对高填方工程蠕变变形的影响不可忽略。为了研究了不同干密度及荷载水平对土石混合料湿化蠕变变形的影响,开展了9组土石混合料干湿循环作用下的压缩蠕变试验。结果表明,土石混合料的湿化... 详细信息

土石混合料在干湿循环作用下具有显著的蠕变性,其对高填方工程蠕变变形的影响不可忽略。为了研究了不同干密度及荷载水平对土石混合料湿化蠕变变形的影响,开展了9组土石混合料干湿循环作用下的压缩蠕变试验。结果表明,土石混合料的湿化蠕变变形随荷载水平的提高而增大,随干密度的提高而显著减小,但随着干密度进一步提高,湿化蠕变变形的减小幅度则明显弱化。土石混合料在干湿循环作用下的湿化蠕变变形与干湿循环次数对数之间较好地满足线性发展规律,初次湿化应变及湿化蠕变速率均同荷载水平及干密度之间符合幂函数特征,在此基础上提出了考虑不同干密度及荷载水平的土石混合料干湿循环蠕变经验模型。

关键词：填筑土土石混合料干湿循环蠕变干密度

循环荷载作用下钢桩-软黏土接触面剪切特性研究

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岩土工程学报 2024年第S2期46卷 49-53页

作者：周洁朱柯凡刘成君沈盼盼同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 上海勘测设计研究院有限公司上海200335

目前,中国海上风电工程的建设已进入快速发展阶段。海上风电机常采用大直径钢管桩作为基础,然而现在的桩基承载力设计预测方法往往基于小直径柔性桩,不适用于大直径刚性桩。因此需要研究海上桩基桩-土界面的相互作用,来对海上大直径刚... 详细信息

目前,中国海上风电工程的建设已进入快速发展阶段。海上风电机常采用大直径钢管桩作为基础,然而现在的桩基承载力设计预测方法往往基于小直径柔性桩,不适用于大直径刚性桩。因此需要研究海上桩基桩-土界面的相互作用,来对海上大直径刚性桩基的设计预测方法进行优化。使用循环荷载作用下钢桩-软黏土大型接触面剪切试验数据,建立法向循环荷载作用下钢与黏性土接触面剪切试验的离散元模型,对各个细观参数进行标定,分别研究动荷载频率和幅值对剪切特性的影响,并进行了细观机理分析。数值模拟结果表明动荷载频率和幅值越大,钢与黏性土接触面强度越小,其中动荷载幅值的影响较为明显。通过细观机理分析可以发现:动荷载频率和幅值越大,接触面处黏性土的颗粒位移越小;静荷载下黏性土的颗粒间作用力大于动荷载下的颗粒间作用力;动荷载会导致颗粒间的扰动,从而使接触面强度减小。研究结果可以为海上风电桩基承载力的准确预测提供理论基础。

关键词：钢桩-软黏土接触面大型接触面剪切试验循环荷载数值模拟

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消能抗震锚杆的研究进展与思考

地球科学 2024年第2期49卷 522-537页

作者：石振明谢可禄俞松波杜长城赵飞同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

消能锚杆在加固边坡工程、基坑工程和巷道工程中具有良好的支护和容错能力,已经被广泛地研究和应用.系统地介绍了传统消能抗震锚杆的研发现状.根据消能抗震锚杆在外荷载消失后是否可自行恢复,进一步将其分为变形不可自复位型锚杆和变形... 详细信息

消能锚杆在加固边坡工程、基坑工程和巷道工程中具有良好的支护和容错能力,已经被广泛地研究和应用.系统地介绍了传统消能抗震锚杆的研发现状.根据消能抗震锚杆在外荷载消失后是否可自行恢复,进一步将其分为变形不可自复位型锚杆和变形可自复位型锚杆,并就几种典型消能抗震锚杆的工作机理及优缺点做了分析.在此基础上,进一步总结了现有抗震锚杆技术存在的主要问题:现在消能锚杆结构存在设计缺陷、不同荷载力学作用机制导致锚杆力学响应存在显著差异、现有消能锚杆无法适应岩土体的动力变形.最后,基于抗震结构自复位性的特点,提出了一种具有自复位结构的新型多级消能抗震锚杆,该锚杆具有多级缓冲消能的特点,且能实现在外部荷载减小或消失时其消能部件变形可恢复的效果,有望为强震区、爆破区及高地应力区的边坡、隧道、矿井巷道等工程持续提供有效的支护力.

关键词：消能抗震锚杆边坡工程强震作用自复位结构工作原理工程地质

好氧修复下填埋场稳定化综合评价方法及其应用

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岩土工程学报 2024年第4期46卷 890-897页

作者：郑奇腾吴少杰冯世进陈宏信赵勇同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

好氧修复技术具有加速填埋堆体稳定化的优势,正确评估其稳定化进程对好氧修复系统的设计和运营具有重要的意义,但是现有指标数量众多且差异化大。考虑稳定化指标的敏感性和工程监测的难易程度,从稳定化机理出发,分别从气相、液相、固相... 详细信息

好氧修复技术具有加速填埋堆体稳定化的优势,正确评估其稳定化进程对好氧修复系统的设计和运营具有重要的意义,但是现有指标数量众多且差异化大。考虑稳定化指标的敏感性和工程监测的难易程度,从稳定化机理出发,分别从气相、液相、固相和沉降4个层面筛选氧气利用率、归一化有机溶质指标、脱氮效率、生物降解度和相对沉降速率为评价指标,并将其统一划分为具有不同稳定化特征的3个阶段(好氧转化、半稳定化和后稳定化),提出指标权重和阶段划分标准。然后,构建了不同阶段中不同指标的隶属度函数,结合模糊综合评价理论实现对填埋场稳定化进程的综合性评价,并将其应用于某好氧修复工程案例。

关键词：好氧修复填埋场稳定化阶段评价指标综合评价

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黄土-古土壤地层深竖井受力变形特征研究

铁道工程学报 2024年第3期41卷 1-6,16页

作者：罗章波亢佳伟李仑邓国华中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600 西安理工大学西安710048 西安黄土地下工程技术咨询有限公司西安710054

研究目的:为准确认识黄土-古土壤地层条件下的深竖井受力变形特征,以53.5 m深圆形竖井工程为依托,开展竖井侧向土压力、变形、结构内力及周边地层的竖直和水平向变形的系统监测。研究结论:(1)黄土-古土壤地层深竖井开挖过程中,井壁结构... 详细信息

研究目的:为准确认识黄土-古土壤地层条件下的深竖井受力变形特征,以53.5 m深圆形竖井工程为依托,开展竖井侧向土压力、变形、结构内力及周边地层的竖直和水平向变形的系统监测。研究结论:(1)黄土-古土壤地层深竖井开挖过程中,井壁结构整体变形较小,水平变形“先挤出后收敛”,竖向变形“先下沉后隆起”,竖井开挖至设计深度后,15~30 d进入结构受力变形稳定阶段;(2)竖井井壁收敛变形、侧向土压力和结构内力在深度方向上存在拐点,出现在0.5~0.7倍竖井设计深度处,其受力变形指标和土层性质存在良好的对应关系,在古土壤范围内,井壁变形量和土压力明显减小,约为邻近深度处黄土层的40%~50%,古土壤的存在,限制了竖井变形和土压力的发展;(3)黄土-古土壤地层深竖井井壁结构侧向土压力与静止土压力和主动土压力有显著差异,在0~12 m深度范围内,侧向土压力接近静止土压力;12~28 m范围内,侧向土压力接近主动土压力;28~48 m范围内,侧向土压力均小于主动土压力,为其35%~65%;(4)本研究成果可为相近地层条件下深竖井的土压力计算和支护结构设计提供参考依据。

关键词：深竖井黄土-古土壤结构剖面现场原位监测受力变形特征

软岩隧道支护让压体系优化及安全状态易损性评价

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 1040-1048页

作者：周彪李锟铻谢雄耀徐金峰刘龙坤同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院上海200092

软岩隧道围岩参数变异性大,支护体系与围岩相互作用不确定性强,易发生大变形等安全问题,为此国内外开展了隧道让压支护优化等工作以应对上述风险,但对其安全状态评价仍面临诸多难题。设计了一种新型柔-刚型让压接头,并基于可靠度分析方... 详细信息

软岩隧道围岩参数变异性大,支护体系与围岩相互作用不确定性强,易发生大变形等安全问题,为此国内外开展了隧道让压支护优化等工作以应对上述风险,但对其安全状态评价仍面临诸多难题。设计了一种新型柔-刚型让压接头,并基于可靠度分析方法,从易损性出发,综合拱顶沉降及初衬强度破坏准则,提出了基于概率的隧道开挖安全状态易损性评价方法。其通过利用概率有限元分析围岩‒支护相互作用,拟合形成极限状态功能函数响应面,经由随机抽样获得隧道开挖失效概率与可靠度指标;以此为基础,建立拱顶沉降与结构应力响应之间的拟合关系,提出了基于拱顶沉降的结构极限状态条件概率计算方法,并根据概率分布区间划定易损区进行支护安全性评价。基于上述理论方法,结合工程实际,开展了新型让压支护与传统刚性支护的易损性对比分析,验证了让压支护体系在大变形承载可靠性方面的优势。

关键词：软岩支护让压概率易损评价

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分离式加筋土桥台性能及气候因素的影响研究

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年第9期52卷 118-126页

作者：孟亚徐超赵崇熙李昊煜同济大学地下建筑与工程系同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司

为研究分离式加筋土桥台的工程性能及气候因素的影响，依托明巢高速公路分离式加筋土桥台进行现场试验，重点讨论了桥台内部土压力、桥台变形等工程性能，以及温度、降雨等气候因素作用下桥台内部温度场分布及工程性能的变化规律．试验... 详细信息

为研究分离式加筋土桥台的工程性能及气候因素的影响，依托明巢高速公路分离式加筋土桥台进行现场试验，重点讨论了桥台内部土压力、桥台变形等工程性能，以及温度、降雨等气候因素作用下桥台内部温度场分布及工程性能的变化规律．试验结果表明：桥台面板后的侧向土压力沿墙高逐渐减小，底部竖向土压力沿筋长方向呈近似直线型增大；工后加筋土桥台最大水平位移发生在桥台顶部位置附近，约为桥台高的0.15%；工后桥台整体沉降量向靠近面板侧递减；根据土工格栅应变的分布特征，判断加筋土桥台的潜在破裂面形状为折线形．加筋土桥台内部温度随着环境温度而变化，但会产生滞后现象，环境温度对桥台内部温度的影响主要集中在桥台边界约3 m范围内；环境温度对桥台侧向土压力和水平位移影响较小，对竖向土压力和沉降无影响；而降雨可能对桥台的水平位移和沉降均产生较大影响，造成水平位移和整体沉降额外增加．研究结果可为类似工程提供参考．

关键词：分离式加筋土桥台工程性能现场试验温度降雨