摘要：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。

摘要：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.

摘要：滑坡碎屑流物质组成的复杂性造成其对工程结构的冲击效应尚未被完全理解,特别是粒径大小与级配特征如何影响冲击力及其组成,以及拦挡结构设计中如何考虑粒径特征的影响,当前仍缺乏深入的研究。针对这些问题,开展了一系列离心试验与离散元模拟分析,研究结果表明滑坡碎屑流的颗粒粒径控制着冲击力的波动行为,即随着粒径的增大,总冲击力的峰值越来越明显,且伴随着显著的离散冲击力值。小粒径颗粒对大粒径颗粒存在明显缓冲效应,且小颗粒在冲击过程中更容易进入大颗粒的孔隙,进而贡献作用力,因此粒径和级配特征同时控制着冲击力的绝对值。不同粒径特征控制着颗粒尺度上动量传递机制,进而改变了滑坡碎屑流的冲击效应,由此造成冲击动压力系数α随着Savage数的增大基本上呈现出递增的关系,因此建议采用Froude数与Savage数作为双控指标,辅助确定冲击动压力系数α。此外,通过分析冲击力合力作用位置,发现工程设计中可按总冲击力峰值及矩形分布荷载进行考虑。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：土工合成材料加筋土(geosynthetic-reinforced soil,简称GRS)桥台是桥梁工程的承重结构,对其极限承载力还缺乏清晰的认识。在平面应变条件下开展了5组GRS桥台离心载荷试验,研究了筋材强度、承载区缩进距离和宽度对GRS桥台极限承载力以及破坏模式的影响。试验结果表明,筋材强度对GRS桥台极限承载力影响显著,采用高强度筋材的GRS桥台在加载过程中始终保持稳定。采用低强度筋材的GRS桥台的极限承载力随承载区缩进距离增加而增大,但其增长趋势出现衰减;随承载区域宽度增加,极限承载力降低;现行的半经验半理论公式显著低估了GRS桥台的极限承载力。从试验中和模型拆除后观察,GRS桥台破坏面均从承压区域后缘开始发育,随后向面层方向倾斜向下延伸至约1/2桥台高度处终止;但承载区缩进距离和宽度会影响破坏面的形态和位置。现有方法不能准确地预测GRS桥台破坏面底部终点的位置以及在承载区域下方的形态。增大承载区缩进距离和宽度使得各层筋材应变峰值的位置向桥台内部移动。桥台临空面的存在使得筋材的应变集中于靠近临空面一侧。

摘要：盾构隧道结构在全寿命周期中往往将面临诸多复杂荷载状态,如注浆、偏载、偏转等非对称偏不利工况。为验证结构在这些复杂荷载状态下的适用性,探究结构力学性能,开展足尺原型结构试验研究往往是最为直接而有效的手段。既有原型试验主要关注隧道结构在简单对称荷载条件下的力学性能,鲜有关注复杂非对称荷载状态。为拓展原型试验的适用范围,提出了适用于不同断面盾构隧道结构的原型试验平台和用于模拟复杂荷载状态的试验荷载设计方法。该方法适用于任意加载点布置和液压站分组的试验系统,可对注浆、偏载、偏转等复杂荷载状态下结构响应进行精确模拟。通过类矩形盾构隧道、双圆隧道和圆形隧道的偏载原型结构试验研究,验证了试验平台和试验荷载设计方法的适用性。进一步针对试验关键参数的分析表明,控制目标权重系数的调整能有效满足不同的试验模拟要求;基于试验荷载设计方法优化的迭代算法能有效考虑计算模型或边界支承条件的非线性;环箍钢绞线和千斤顶的组合加载模式能将拟合误差水平降低至千斤顶加载模式的1/5,但需要删去部分加载点使试验荷载合理且适用;对于越复杂的结构和荷载,精确模拟结构状态需要的试验系统独立荷载组数越高,对试验平台的要求也越高。

摘要：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。