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研究方向
研究方向(一):软土力学宏微观理论与软土工程灾变控制
发布时间:2018-08-16   阅读量:35

研究内容涉及土体的变形强度特性及失稳理论,土体渐进破坏分析方法,宏微观疑难土力学基础理论与数值方法,软土地下工程中的土体稳定性,软土地基基础工程分析理论与变形控制,软土深水基础冲刷与海上风电基础灾变控制,高速与轨道交通软土地基路堤长期力学与灾变控制等。


(1)土体本构与渐进破坏理论及土体稳定性
建立各向异性砂土三维强度准则,揭示中主应力比和主应力偏转角对各向异性砂土摩擦角的耦合影响机制。建立基于三维非共轴弹塑性本构模型的变形分叉理论判别准则,实现了三维复杂应力条件下砂土应变局部化的准确预测。建立考虑细观影响的宏观力学特性均匀化表征,提出非局部正则化的土体渐进破坏过程数值模拟技术。研制了渗流条件下盾构隧道开挖面渐进破坏过程物理模型试验装置,揭示了渗流条件下隧道开挖面渐进失稳破坏机理。提出了考虑地下工程开挖引起主应力轴旋转的软粘土三维强度理论,建立了考虑K0 固结和主应力轴旋转的软土基坑抗隆起和隧道开挖面稳定性的极限分析理论。
 


各向异性土体强度参数变化规律

应变局部化非共轴理论预测

基坑抗隆起稳定分析的多块体破坏机构

三维平动块体非均匀剪流组合破坏机构
 


 

(2)宏微观疑难土力学基础理论与数值方法
突破基于唯象学的传统土力学局限,切入土体作为离散介质的本质属性,研究疑难土的微观颗粒接触力学行为和接触本构模型,发展疑难土宏微观力学响应的跨尺度数值分析方法,建立复杂加载路径下土体宏观力学响应与微观结构演化及损伤的内在联系,基于微观物理机制的深刻认识重构土体宏观本构理论,完善适用于岩土工程边值问题的数值分析方法。利用离散元模拟技术,研究了土体微观结构在加载过程中的演化,建立了与宏观临界状态相对应的微观结构临界状态,并利用土体小应变模量的各向异性作为微观组构各向异性的表征,解决了微观组构各向异性的宏观定量表征难题。
 
 


自主研发的理想胶结颗粒微观接触力学测试装置

微观胶结破坏包面

剪切带离散元模拟(结构性土)

法向接触力各向异性

组构各向异性

微观各向异性的临界状态



(3)软土地基基础工程与变形控制
提出了群桩基础的积分方程求解方法,建立了基于性能控制的软土桩基变形调控优化设计理论;提出了基于单桩静荷载试验的群桩沉降预测方法和桩-桩相互作用的近似解耦方法,实现了大规模密集群桩的高效快速计算。建立了基于超固结土特性的深开挖下变截面桩抗拔承载分析理论,揭示了新型注浆螺纹桩的抗拔承载机制,提出了深开挖条件下抗拔桩承载力损失的计算方法。提出了基于土体小应变特性的基坑开挖变形和地下工程开挖环境影响位移控制分析方法,建立基于邻近建(构)筑物自身变形承受能力的变形控制指标。 
带垫层长短组合群桩模型
 
 


带垫层长短组合群桩模型

不同规模群桩计算效率对比

深开挖下变截面桩抗拔分析 

新型注浆螺纹桩抗拔承载特性数值模拟

隧道穿越污水管线实测结果对比

基于建筑物承载能力的基坑变形控制
   

 

(4)软土深水基础冲刷和海上风电基础灾变控制 
开展了波流水槽试验和CFD数值模拟,揭示了深水群桩基础冲刷坑形态随水深和流速等参数变化的演化规律;对比分析了国内外主要的冲刷深度计算公式,基于统计分析提出了深水基础冲刷深度的改进建议;提出了抛石防护的优化设计建议,发明了一种主动防护和调控深水基础冲刷形态的变高度牺牲桩防护装置,提高了深水基础长期冲刷防护的可靠性。
针对海上风机大直径单桩基础的承载特性,自主研制多伺服联合运行加载平台,开展离心场模型试验,揭示大直径单桩承载机理;建立了上限虚拟加载理论,复现了大直径单桩静力水平受荷渐进破坏过程;基于土体强度弱化模型揭示了桩土相互作用的循环弱化机理和累积变形规律;形成了海上风机大直径桩基础的全寿命设计及安全评价体系。

 


群桩冲刷模型试验

修正公式计算分析

变高度牺牲装防护装置示意图

大体型沉井基础周围关键位置冲刷坑演化曲线

多伺服联合加载装置

桩顶水平循环加载试验

                

        

(5)高速与轨道交通软土地基路堤长期力学与灾变控制
开展高速移动荷载下饱和地基动应力与位移响应分析,揭示了交通循环应力路径下天然软黏土的循环弱化机理;自主研发了往复荷载下超固结软土的试验加载装置,分别开展了常重力场与超重力场的物理模型试验,形成了成套的循环动载下超固结软黏土的模型试验技术;建立了动力有限元-无限元数值分析方法,形成了软土层状路基动力安定性的设计理论;开展了高速车辆-不平顺路面-饱和地基的耦合解析分析,揭示了波速-频率域内动应力分布特征与环境振动效应。建立了点荷载和线荷载下地面振动近场与远场的解析解;进一步深入研究了土体泊松比和阻尼对地面振动近场与远场界线的影响,揭示了地面振动衰减近场以几何阻尼为主,远场以土体材料阻尼为主的规律;提出了基于薄层法和边界元法耦合的波阻板主动隔振和远场排桩隔振效果的高效分析方法。


高速移动荷载动力响应IE-FE数值方法

DHCA室内试验技术

波速-频率域内 饱和土的动应力

循环应变路径

不平顺路面车辆速度-位移响应

循环安定行为

波阻板减隔振效果现场试验

波阻板减隔振试验和理论分析对比


     

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