工程結(jié)構(gòu)中失穩(wěn)傳播的抑制機理與分析方法研究

本項目成功地解決了三個問題：1、在止屈器存在的條件下，拋棄擬靜態(tài)假設(shè)，計及梁的慣性和材料屈服后的線性強化作用，建立了梁屈曲后的動態(tài)有限元方程。2、通過不斷改變止屈器的寬度和剛度，大量計算止屈器相應(yīng)的止屈效率，然后借助最優(yōu)化方法，在指定止屈器效率的情況下得到了止屈器幾何參數(shù)的最優(yōu)匹配曲線，這是止屈器幾何參數(shù)的最優(yōu)匹配曲線，這是止屈器優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)。計算結(jié)果表明考慮梁慣性后止屈器的止屈效率比前人結(jié)果明顯低。3、當(dāng)梁屈曲時的應(yīng)力峰值超過屈服限，計算發(fā)現(xiàn)了止屈器的止屈效率隨著強化階段楊氏模量的降低而下降。另外，為了加快迭代收斂速度，還提出了一種帶預(yù)測的弧長控制法，它和常規(guī)的弧長控制法相比效率顯著。多篇學(xué)術(shù)論文在國內(nèi)著名期刊及其英文版上發(fā)表。 2100433B

邊坡失穩(wěn)是水利水電工程、交通工程和城市建設(shè)中常見的工程地質(zhì)災(zāi)害，也是工程地質(zhì)和巖土工程領(lǐng)域的研究熱點。土質(zhì)邊坡失穩(wěn)因周圍土體約束的空間效應(yīng)而呈現(xiàn)明顯的三維特征，加固體的存在將進(jìn)一步強化三維效應(yīng)。由于數(shù)學(xué)模擬與力學(xué)分析方面的局限，二維分析方法仍是邊坡穩(wěn)定分析中的常用手段。本項目針對三維土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性問題，采用模型試驗和解析分析相結(jié)合的方法開展系統(tǒng)研究，探索土坡三維失穩(wěn)的機理及其極限分析方法。通過三維邊坡失穩(wěn)的壓載試驗和離心試驗確定其破壞機制和滑動面特征，分析土體參數(shù)的影響規(guī)律；基于所得滑動面，研究三維土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的極限分析方法，進(jìn)而提出考慮加固體剛度與強度作用的三維分析理論，結(jié)合模型試驗探討土坡與加固體共同作用機理。研究成果對于闡明三維邊坡失穩(wěn)與加固機制具有重要意義，提出的試驗方法和設(shè)備可應(yīng)用于相關(guān)研究，三維極限分析和加固評估方法的建立為邊坡穩(wěn)定的分析設(shè)計與減災(zāi)控制提供科學(xué)依據(jù)。

邊坡穩(wěn)定問題一直是巖土工程領(lǐng)域研究的熱點，普遍存在于水利水電工程、公路工程、鐵路工程、礦山工程、城市建設(shè)與改造等工程建設(shè)中。邊坡穩(wěn)定性分析逐漸從二維分析向更符合實際情況的三維分析邁進(jìn)。坡頂荷載是堆土填方、基坑工程、鐵路邊坡、公路邊坡、坡頂建設(shè)活動等穩(wěn)定性分析中不可忽略的因素。因此，準(zhǔn)確的分析和評價三維邊坡在頂部荷載下的失穩(wěn)機制和滑動特征，以滿足工程邊坡和開挖工程穩(wěn)定性分析的精確要求，是巖土工程研究中的重要課題之一。本項目以細(xì)砂邊坡為研究對象，采用模型試驗和數(shù)值模擬的分析方法，深入研究坡頂荷載下細(xì)砂邊坡失穩(wěn)機制和滑動特征，討論坡面幾何形態(tài)和坡體初始含水率對邊坡失穩(wěn)規(guī)律的影響。（1）設(shè)計了坡頂荷載下三維邊坡失穩(wěn)模型試驗系統(tǒng)和測量系統(tǒng)，借助模型系統(tǒng)對三維邊坡進(jìn)行模型試驗；（2）模型邊坡在坡頂荷載下觸發(fā)失穩(wěn)破壞，坡頂位移計、坡內(nèi)土壓力盒分別記錄坡頂位移和坡內(nèi)土壓力的變化。利用數(shù)碼相機和白砂層模型分別獲取邊坡外部破壞過程、形態(tài)和滑動面特征，并且考慮坡面形態(tài)（平、凸、凹）和坡體初始含水率對邊坡破壞的影響，深入認(rèn)識邊坡破壞機制；（3）對比模型試驗結(jié)果，分析坡面形態(tài)和坡體初始含水率對邊坡破壞過程、破壞模式、破壞整體形態(tài)、滑動面特征、滑面深度、滑動范圍、破壞難易程度等的影響；（4）采用SVOffice巖土工程數(shù)值分析軟件，模擬邊坡的穩(wěn)定性和破壞形態(tài)，分析坡體初始含水率、坡頂荷載、坡面形態(tài)對穩(wěn)定性和破壞形態(tài)的影響。土體含水率越高，抗剪強度越低，邊坡更易觸發(fā)失穩(wěn)。坡頂荷載加重邊坡的負(fù)擔(dān)，邊坡更容易破壞。相同坡高、坡角下，凹坡最穩(wěn)定，平坡次之，凸坡最不穩(wěn)定。 2100433B

工程實踐已表明，山嶺隧道洞口段在強震作用下易發(fā)生變形及失穩(wěn)破壞。本項目擬針對隧道洞口段在強震作用下的動力響應(yīng)、破壞規(guī)律和分析方法進(jìn)行研究。通過理論分析、數(shù)值模擬和振動臺模型試驗：①提出結(jié)合突變理論的位移失穩(wěn)判據(jù)，與塑性區(qū)貫通失穩(wěn)判據(jù)相對比，建立適用于隧道洞口段的動力強度折減法失穩(wěn)判據(jù)；②在該判據(jù)的基礎(chǔ)上，對計算條件和強度折減的實施步驟進(jìn)行研究，建立隧道洞口段在強震作用下的三維動力強度折減法計算方法；③結(jié)合汶川地震現(xiàn)場回訪、數(shù)值計算結(jié)果和振動臺模型試驗，給出隧道洞口段圍巖變形失穩(wěn)的演化規(guī)律、邊坡失穩(wěn)的空間特征、洞口段襯砌及洞門結(jié)構(gòu)的受力和變形特征等，對隧道洞口段失穩(wěn)破壞全過程的力學(xué)機理進(jìn)行深入的分析。最終建立適合隧道洞口段在強震作用下失穩(wěn)的分析方法。該方法對類似工程的理論研究和設(shè)計、設(shè)防等工程實踐具有重要的參考價值。