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基于界面本构模型的砂土中单桩荷载−沉降响应预测方法

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岩土力学 2024年第6期45卷 1686-1698页

作者：周攀李镜培李盼盼刘耕云张超哲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 东南大学岩土工程研究所江苏南京211189

基于界面本构模型提出了一种新的砂土中单桩荷载沉降响应的预测方法。首先,从土−结构界面本构模型出发推导了严格的桩−土界面非线性荷载传递模型,该模型承继了界面本构模型特征,能够模拟桩−土界面上发生的应变硬化/软化、剪胀与应力路... 详细信息

基于界面本构模型提出了一种新的砂土中单桩荷载沉降响应的预测方法。首先,从土−结构界面本构模型出发推导了严格的桩−土界面非线性荷载传递模型,该模型承继了界面本构模型特征,能够模拟桩−土界面上发生的应变硬化/软化、剪胀与应力路径依赖性等行为。此外,采用双曲线荷载传递模型模拟桩端−土相互作用的非线性应力−位移关系。上述荷载传递模型所需参数可以通过室内界面剪切试验和土工试验进行校准。继而,基于荷载传递法,提出了单桩荷载沉降响应分析的一维计算模型,并采用迭代算法进行数值求解。最后,将理论解答与已报道的模型试验、自主开展的模型桩试验以及数值模拟结果进行比较,以验证所提出的理论方法的正确性。试验结果表明,预测值与实测值吻合较好,且该方法能够很好地预测非位移桩与位移桩的荷载沉降响应。提出了一个基于界面本构模型的单桩荷载沉降响应分析框架,为竖向荷载下砂土中单桩优化设计提供了理论参考。

关键词：单桩砂土荷载-沉降响应桩-土相互作用界面本构模型模型试验

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软黏土矩形顶管土压力分布与结构响应分析

岩土工程学报 2024年第S2期46卷 6-10页

作者：龙炼彬黄茂松时振昊张中杰吕培林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 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司上海200125

矩形及类矩形顶管越来越多应用于城市地下空间结构建设,其结构水土荷载分布特征及结构响应对工程稳定性、安全性尤为重要,然而相关研究较少。在回顾现有顶管土压力计算方法的基础上,通过有限元模拟研究了饱和软黏土矩形顶管顶部竖向土... 详细信息

矩形及类矩形顶管越来越多应用于城市地下空间结构建设,其结构水土荷载分布特征及结构响应对工程稳定性、安全性尤为重要,然而相关研究较少。在回顾现有顶管土压力计算方法的基础上,通过有限元模拟研究了饱和软黏土矩形顶管顶部竖向土压力分布和侧向衬砌变形模式,提出了包含非均值分布竖向土压力和水平地层抗力的矩形顶管荷载模式,通过与地层-结构整体有限元模拟对比,对上述方法进行了验证。主要结论为:(1)顶管顶部土压力为非均值分布,呈现跨中压力小,两侧压力大的梯形分布模式,顶部土压力平均值与全覆土土压力相近;(2)竖向土压力分布非均值程度随着截面尺寸增加、结构埋深增加、高宽比减少而增加,高宽比影响最为显著;(3)截面高宽比可影响顶管结构侧向变形模式,扁平顶管侧向向外变形挤压土体,诱发水平地层抗力;(4)竖向土压力非均值分布及水平地层抗力对合理计算软黏土矩形顶管顶部及两腰处弯矩具有重要作用。

关键词：矩形顶管软土土压力分布结构响应

考虑级配影响的透水性基床填料细观空隙特征研究

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铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 158-170页

作者：于群丁王萌肖源杰华文俊李文奇王小明中铁第四勘察设计院集团有限公司城市轨道与地下工程设计研究院湖北武汉430063 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 重载铁路工程结构教育部重点实验室(中南大学) 湖南长沙410075

大空隙级配碎石填料因其较好的渗透性能广泛应用于透(排)水性基床,然而级配对细观三维空隙特征的影响尚不明确。针对此不足,对3种代表性级配的透水性基床填料试样开展室内新型平板振动压实试验,并对压实后的试样进行高精度工业XCT扫描,... 详细信息

大空隙级配碎石填料因其较好的渗透性能广泛应用于透(排)水性基床,然而级配对细观三维空隙特征的影响尚不明确。针对此不足,对3种代表性级配的透水性基床填料试样开展室内新型平板振动压实试验,并对压实后的试样进行高精度工业XCT扫描,重构其三维模型并获取其内部空隙,计算面空隙率、等效体积和三维形态等空隙结构特征指标,分析不同级配(颗粒堆积结构)对其三维形态及分布规律的影响。研究结果表明,不同级配的试样其内部面空隙率沿高度方向总体呈对称分布,即两端大中部小,骨架密实型颗粒堆积结构试样其面空隙率处于最低水平且沿高度方向的差异性最小,骨架空隙型颗粒堆积结构试样其面空隙率最大且不均匀性也最大;随着颗粒堆积结构从悬浮密实型过渡至骨架密实型再至骨架空隙型,试样内部空隙总数量大幅减小,孤立微空隙和小空隙数量减小,连通性较好的中空隙与大空隙增多;空隙形态逐渐演化为不规则型和长条型,并从较为圆润丰满型过渡至边缘残缺型,具有更好的连通性,可提供水气运移的通道。优化颗粒堆积结构有利于形成连通空隙并提供渗流通道,进而提升基床填料的水−力特性。研究结果可为透水性级配碎石基床填料的优化设计提供理论依据和技术参考。

关键词：透水性基床级配振动压实 XCT扫描三维重构细观空隙

聚氨酯泡沫注浆修复材料泡孔结构特征及抗压性能研究进展

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材料导报 2024年第3期38卷 229-242页

作者：张超潘旺方宏远王娟王翠霞杜明瑞赵鹏王磊王复明郑州大学水利与交通学院黄河实验室(郑州大学)地下工程研究院重大基础设施检测修复国家地方联合工程实验室地下工程灾变防控省部共建协同创新中心坝道工程医院(平舆) 郑州安源工程技术有限公司南方工程检测修复技术研究院万华节能科技集团股份有限公司

聚氨酯泡沫(PUF)注浆修复材料以轻质高强、快凝高膨胀等优势，在基础设施修复加固领域得到了广泛的应用。抗压性能是工程修复材料十分重要的力学指标之一，而材料的微观结构对其宏观力学行为有决定性影响。近年来，国内外专家学者对PUF... 详细信息

聚氨酯泡沫(PUF)注浆修复材料以轻质高强、快凝高膨胀等优势，在基础设施修复加固领域得到了广泛的应用。抗压性能是工程修复材料十分重要的力学指标之一，而材料的微观结构对其宏观力学行为有决定性影响。近年来，国内外专家学者对PUF注浆修复材料的微观结构特性和抗压性能进行了大量研究，但尚未见到系统性总结。本文介绍了PUF注浆修复材料的定义及反应过程，综述了其微观泡孔结构特性、压缩应力-应变关系和本构模型，从宏微观角度讨论了其变形和破坏机理，总结了密度、试件尺寸、应变率和特殊环境工况对压缩性能的影响机理及规律，最后展望了PUF注浆修复材料未来的研究方向。

关键词：聚氨酯泡沫注浆微观结构本构模型抗压性能

单侧卸荷诱发深基坑的不对称性变形特性与机制

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岩土工程学报 2024年第1期46卷 199-206页

作者：邱滟玲丁文其赵腾腾王校勇乔亚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 上海城投水务工程项目管理公司上海200002 上海勘察设计研究院(集团)有限公司上海200093

随着城市更新的推进,越来越多的基坑在既有邻近基坑造成的单侧卸荷条件下施工,表现出与常规基坑不同的变形特性和机制。为此,依托上海某单侧卸荷的深基坑工程(34.3m),统计分析了现场监测数据(地下连续墙侧移、墙后土体侧移、周边地表沉... 详细信息

随着城市更新的推进,越来越多的基坑在既有邻近基坑造成的单侧卸荷条件下施工,表现出与常规基坑不同的变形特性和机制。为此,依托上海某单侧卸荷的深基坑工程(34.3m),统计分析了现场监测数据(地下连续墙侧移、墙后土体侧移、周边地表沉降、支撑轴力和墙后土压力),揭示了软土地区单侧卸荷诱发的深基坑不对称变形特性,并初步探讨了其发生机制。结果表明:单侧卸荷引起了地下连续墙侧移的不对称性,卸荷侧侧移减小76%,非卸荷侧侧移增大72%,进而导致非卸荷侧地表沉降最大值增加1倍以上,这是卸荷侧土压力减小、围护结构整体水平位移和卸荷方向支撑等效刚度变化3种机制综合作用的结果。在类似工程的设计施工中,应充分考虑基坑的不对称变形特性,选取合适的等效支撑刚度进行计算,并针对卸荷/非卸荷侧制定合理的监测预警指标。

关键词：深基坑监测分析不对称变形特性土压力机制

白鹤滩水电站移民区高填方工程现场监测与分析

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第10期52卷 1517-1526页

作者：顾晓强梁玉珍周奇辉刘尊景范志强荆子菁同济大学土木工程学院上海200092 同济大学岩土与地下工程教育部重点实验室上海200092 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122

为了保障高填方地基的稳定性和后期使用的安全性,开展了白鹤滩水电站高填方工程沉降变形的现场监测,分析了原地基和填筑体在施工期及竣工后的沉降规律,探讨了填筑高度、地基综合压实度、时间和水位变化对高填方地基沉降的影响。结果表明... 详细信息

为了保障高填方地基的稳定性和后期使用的安全性,开展了白鹤滩水电站高填方工程沉降变形的现场监测,分析了原地基和填筑体在施工期及竣工后的沉降规律,探讨了填筑高度、地基综合压实度、时间和水位变化对高填方地基沉降的影响。结果表明,以砾石填料为主的高填方工程,原地基和填筑体对总沉降均有较大贡献,其中原地基沉降占总沉降量的39.7%,填筑体沉降占总沉降量的60.3%。适当提高地基综合压实度是控制地基沉降的有效措施。使用不同拟合模型预测了高填方地基的沉降,结果表明指数模型能够较好反映此类高填方工程的沉降变形规律。水库蓄水引起填筑区域地下水位上升,土体发生的瞬时湿化变形占总体湿化变形量的60.9%。孔隙水压力的增长和消散主要受地下水位和填筑荷载的影响,填筑施工期孔压增量与上覆荷载增量呈线性关系,其孔隙水压力系数等于0.021,土体在填筑期间始终处于稳定状态。竣工后超静孔隙水压力逐渐消散,地基开始固结沉降。

关键词：高填方工程沉降监测沉降预测湿化孔隙水压力

压入式沉井与反力桩对地表沉降的耦合影响研究

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岩土工程学报 2024年第S2期46卷 119-123页

作者：张中杰王啸翔俞剑黄茂松王浩然上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司上海200125 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

利用压入式连续沉井群建造轨交地下车站是一种新型预制装配建造模式,但相较传统的明挖式基坑车站修建方式,目前尚缺乏对沉井压入过程环境影响的研究。为此,本研究以实际工程案例为背景,通过数值模拟,结合现有实测拟合沉降曲线,对比调查... 详细信息

利用压入式连续沉井群建造轨交地下车站是一种新型预制装配建造模式,但相较传统的明挖式基坑车站修建方式,目前尚缺乏对沉井压入过程环境影响的研究。为此,本研究以实际工程案例为背景,通过数值模拟,结合现有实测拟合沉降曲线,对比调查了沉井外侧反力桩的存在与否对地表沉降剖面的影响规律;进一步调查了桩间距对于地表沉降的调控作用;并基于抗拔承载力等效原则,同时探究了桩间距和桩径对周边土体沉降的影响。进而形成了桩外侧和桩间土体沉降剖面的修正归一化曲线,为压入式连续沉井群地下车站在高密度城市中心的实施提供参考支撑。

关键词：压入式沉井地表沉降反力桩数值模拟

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波纹钢衬砌法兰接头受弯力学性能数值分析

现代隧道技术 2024年第1期61卷 96-106页

作者：黄煊博丁文其张清照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

为进一步研究波纹钢衬砌法兰接头受弯力学性能及其影响因素,建立波纹钢衬砌法兰接头的四点弯曲计算模型并验证其准确性。以波纹钢型号、法兰板厚度和螺栓型号为变量设计正交试验,通过变形云图总结破坏模式,对M-θ曲线的原点刚度与极限... 详细信息

为进一步研究波纹钢衬砌法兰接头受弯力学性能及其影响因素,建立波纹钢衬砌法兰接头的四点弯曲计算模型并验证其准确性。以波纹钢型号、法兰板厚度和螺栓型号为变量设计正交试验,通过变形云图总结破坏模式,对M-θ曲线的原点刚度与极限弯矩进行方差、极差分析,再结合法兰板与螺栓的应力-弯矩曲线揭示结构破坏时构件的相互作用机理,最后提出弯矩系数α以定量区分法兰接头类型。研究结果表明:结构原点刚度受波纹钢型号影响最大;正弯矩荷载下极限弯矩由法兰板起主导作用,其破坏模式为法兰板面外屈曲破坏,螺栓对其影响不大但应力已达极限;负弯矩荷载下极限弯矩受螺栓与法兰板共同影响,破坏模式可根据变形特征分为法兰板控制型、螺栓控制型和综合控制型,所提出的相对弯矩系数α可准确定量区分其破坏模式;在纯弯荷载下法兰板与螺栓最大Mises应力均呈现四阶段增长特征,负弯矩荷载下的法兰板最大Mises应力随螺栓型号变化不显著。

关键词：波纹钢衬砌法兰接头正交试验接头刚度极限弯矩数值分析

振动压实致粗粒土填料颗粒运移和空隙演化特征

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中国公路学报 2024年第9期37卷 197-208页

作者：王萌于群丁肖源杰华文俊李文奇毛建锋李志勇中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中铁第四勘察设计院集团有限公司城市轨道与地下工程设计研究院湖北武汉430063 重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 湖南省交通科学研究院有限公司湖南长沙410015

路基粗粒土填料的连续振动压实质量评价仍缺乏颗粒运移、骨架和空隙结构特征等细观指标,为此,针对振动压实最优激振参数组合下的粗粒土填料,基于高精度工业X射线计算机断层扫描(XCT)及三维重构技术,从细观尺度对比分析了基床填料内部颗... 详细信息

路基粗粒土填料的连续振动压实质量评价仍缺乏颗粒运移、骨架和空隙结构特征等细观指标,为此,针对振动压实最优激振参数组合下的粗粒土填料,基于高精度工业X射线计算机断层扫描(XCT)及三维重构技术,从细观尺度对比分析了基床填料内部颗粒运动、迁移和分布规律,量化分析了不同阶段填料内部三维空隙结构演化特征。研究结果表明:振动荷载作用下粗粒土填料颗粒在第1阶段以竖向运动为主,填料内部空隙减小并逐渐形成骨架;颗粒在第2阶段主要在水平面移动及竖直面内滚动,颗粒间的咬合嵌挤作用增强;当超过60%的颗粒其长轴倾角绝对值大于60°时,表明填料已基本接近或达到较优压实状态;相比其他粒径颗粒,4.75~9.5 mm和2.36~4.75 mm两个粒径范围内的颗粒处于粗细颗粒的分界,在振动荷载作用下更趋向于调整自身的位置,进而强化粗颗粒间的骨架效应;随着压实过程的推进,填料内部粗颗粒骨架结构逐渐形成且细颗粒不断填充骨架结构的空隙,面空隙率沿试样高度方向的不均匀性减小,空隙整体形状向规则型发展且空隙间的形态差异不断减小。研究结论可为粗粒土填料室内振动压实质量评价提供更全面的颗粒运动和空隙结构特征等微细观指标。

关键词：路基工程粗粒土填料振动压实 X-ray CT扫描颗粒运动迁移空隙结构