高饱和度含气土动力问题的有限体积法分步解法

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作者 邹诗环 黄茂松 时振昊 《岩土力学》 北大核心 2025年第4期1286-1293,共8页

我国东南沿海海域广泛分布含封闭小气泡的海洋软土,小气泡的存在将对其压缩性产生很大影响。有限体积法有助于建立与流体模拟一致的海床动力响应计算方法,进而实现波浪-海床相互作用的模拟。矢量分解方法能显著提高分步解法的稳定时间步... 我国东南沿海海域广泛分布含封闭小气泡的海洋软土,小气泡的存在将对其压缩性产生很大影响。有限体积法有助于建立与流体模拟一致的海床动力响应计算方法,进而实现波浪-海床相互作用的模拟。矢量分解方法能显著提高分步解法的稳定时间步长,且该解法易于在开源有限体积法平台OpenFOAM上实现,故其具有高效与通用的特点。算例分析表明:所提出的分步求解算法能合理反映高饱和度含气土的动力响应;小气泡的存在将极大降低高饱和度含气土的瞬时孔压响应与孔压幅值,且考虑重力作用时,饱和度的下降会导致动孔压相位滞后。 展开更多

关键词 高饱和度含气土 矢量分解方法 分步解法 有限体积法 OPENFOAM

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软土深埋大断面类矩形顶管结构受力分析与实测

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作者 张中杰 龙炼彬 +3 位作者 时振昊 黄茂松 吕培林 卢康明 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第6期1190-1198,共9页

深埋大断面矩形及类矩形顶管越来越多应用于软土地铁车站等大型城市地下结构建设,该新型结构水土荷载特征及结构受力性能对保障城市地下空间长期安全具有重要作用,然而相关研究仍较为有限。本研究依托上海轨道交通14号线静安寺车站工程... 深埋大断面矩形及类矩形顶管越来越多应用于软土地铁车站等大型城市地下结构建设,该新型结构水土荷载特征及结构受力性能对保障城市地下空间长期安全具有重要作用,然而相关研究仍较为有限。本研究依托上海轨道交通14号线静安寺车站工程,结合现场实测与理论分析,研究了软土深埋大断面类矩形顶管结构水土压力与受力响应的空间分布特征,对比分析了不同土压力理论及土-结构相互作用模式对顶管结构内力响应的影响方式,开展了设计理论的适用性评估。主要结论为:①结构顶部竖向土压力的实测值接近土柱理论的计算值,且基于土柱土压力计算的结构弯矩与实测较为吻合,反映出本工程中顶管顶部土拱效应可能较弱;②类矩形顶管的弯矩呈“蝴蝶状”分布,表明结构变形模式为竖向内凹及横向外凸,其中横向外凸可进一步诱发地层水平抗力;③地层水平抗力对大断面类矩形顶管结构内力可产生显著影响,现有设计规范较多忽略这一因素,可导致结构弯矩被严重高估(如依托工程中顶管腰部弯矩的计算误差可达2倍)。 展开更多

关键词 矩形顶管 软土 土压力分布 结构受力分析

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上海深层黏性土的土样扰动评价方法

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作者 时振昊 屠梓真 +1 位作者 钱建固 黄茂松 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1880-1888,共9页

通过室内试验准确获取土样原位力学性质,需借助土样扰动评价方法进行扰动评估。现有的土样扰动评价方法大多针对浅层土,缺乏深层黏性土的相关研究。基于上海深层黏性土一维固结试验及剪切波速试验,结合结构性黏土本构模拟,对比文献中其... 通过室内试验准确获取土样原位力学性质,需借助土样扰动评价方法进行扰动评估。现有的土样扰动评价方法大多针对浅层土,缺乏深层黏性土的相关研究。基于上海深层黏性土一维固结试验及剪切波速试验,结合结构性黏土本构模拟,对比文献中其他黏土试验数据,分析了既有土样扰动评价方法对深层黏性土的适用性,提出了基于剪切波速且排除应力和密实状态影响的土样扰动评价指标,利用本文及文献数据验证了上述评价指标的合理性。结果表明:(1)深层黏性土block样与钻孔样存在显著的扰动差异;(2)对于扰动程度相同的土样,现有评价指标?e/e_0随取样深度增大而增大,可能造成对深层黏性土土样扰动的高估,且无法区分不同取样方法引起扰动差异;(3)以室内与原位剪切波速比V_(s,lab)/V_(s,in situ)为扰动评价指标,无法反映取样方法对上海深层黏性土的扰动差异,对其他黏土给出的评估结果沿深度离散性较大;(4)提出的评价指标可以克服取样深度的影响,对同一地区黏性土,可以较好统一量化取样方法引起的土样扰动程度。 展开更多

关键词 深层黏性土 土样扰动评价 取样方法 剪切波速

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软黏土矩形顶管土压力分布与结构响应分析

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作者 龙炼彬 黄茂松 +2 位作者 时振昊 张中杰 吕培林 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期6-10,共5页

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... 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。 展开更多

关键词 矩形顶管 软土 土压力分布 结构响应

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复杂应力路径下饱和砂土静态液化失稳预测 被引量：5

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作者 黄茂松 童森杰 +1 位作者 时振昊 吕玺琳 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期19-26,共8页

饱和砂土应力–应变关系具有各向异性和状态相关特性,因此其静态液化的触发与应力路径密切相关。现有文献已提出多种静态液化判别准则,但其准确性往往仅在三轴应力路径下被进行校验。对于涉及主应力方向旋转和不同中主应力比的复杂应力... 饱和砂土应力–应变关系具有各向异性和状态相关特性,因此其静态液化的触发与应力路径密切相关。现有文献已提出多种静态液化判别准则,但其准确性往往仅在三轴应力路径下被进行校验。对于涉及主应力方向旋转和不同中主应力比的复杂应力路径,现有判别准则是否可以准确预测静态液化的触发有待进一步验证。为此,基于状态相关各向异性砂土本构模型,结合前人的空心圆柱扭剪单元体试验,比较了二阶功、弹塑性刚度矩阵对称部分和失稳模量3种准则对复杂应力路径下砂土静态液化失稳预测的效果。发现包括:基于弹塑性刚度矩阵对称部分的失稳触发表达式不依赖于加载路径,具有更好的通用性,其预测的失稳点早于或与实际失稳点吻合;失稳模量理论可预测实际液化失稳的位置,但判定表达式因加载条件不同而变化。获得了复杂应力路径下的失稳线,分析了静态液化触发前砂土可发挥峰值摩擦角受中主应力、主应力方向等因素的影响。 展开更多

关键词 砂土 静态液化 各向异性 中主应力比 液化判别 失稳线

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基于离散元的盾构开挖面合理支护压力 被引量：3

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作者 廖少明 时振昊 武军 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期838-844,共7页

采用离散元法（DEM）对无水砂土地层（摩擦角37°）3种埋深条件下盾构隧道开挖面的颗粒流动及渐进性破坏过程进行了模拟,分析研究了开挖面极限支护压力及周围地层扰动分布的变化规律,得到：①不同埋深条件下,开挖面极限支护压力均... 采用离散元法（DEM）对无水砂土地层（摩擦角37°）3种埋深条件下盾构隧道开挖面的颗粒流动及渐进性破坏过程进行了模拟,分析研究了开挖面极限支护压力及周围地层扰动分布的变化规律,得到：①不同埋深条件下,开挖面极限支护压力均出现在开挖面位移为0.06D（D为隧道直径）时,对应支护压力比为10%-20%,砂土强度软化现象导致最终极限支护压力增大.②支护压力比降至40%-50%为剧烈地层扰动及显著地表变形的触发点.当开挖面支护压力比降低至40%-50%时,地层扰动范围和程度对隧道埋深非常敏感,如埋深由2D降低至0.5D时,扰动范围扩大了3倍,最大扰动程度提高了1倍;地表产生明显大幅沉降.③基于极限破坏的支护压力比为10%-20%,而基于变形控制的支护压力比为40%-50%,虽明显大于前者,但支护压力仅为静止土压力的40%-50%.综合考虑盾构刀盘磨损及地层支护效果,在无水砂土地层中采用支护压力比为40%-50%是一种合理选择. 展开更多

关键词 盾构开挖面 支护压力比 砂土地层 离散元 变形触发点

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基于颗粒间应变的饱和黏土小应变各向异性非线性本构模型 被引量：3

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作者 时振昊 黄茂松 倪雨萍 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1036-1044,共9页

饱和黏土的各向异性小应变特性对软土地下工程及其环境影响分析具有重要意义。现有小应变本构模型因较为复杂而无法直接应用于预测土体变形和分析土与结构相互作用的简化方法,且小应变模量常被假设为各向同性。基于颗粒间应变(IGS),建... 饱和黏土的各向异性小应变特性对软土地下工程及其环境影响分析具有重要意义。现有小应变本构模型因较为复杂而无法直接应用于预测土体变形和分析土与结构相互作用的简化方法,且小应变模量常被假设为各向同性。基于颗粒间应变(IGS),建立了形式简单、参数易于确定的非线性弹性模型,其考虑了小应变刚度的各向异性、剪切模量随应变幅衰减、最近应力历史效应以及大应变阶段剪切体变耦合特性。通过对芝加哥黏土不同应力路径单元体试验的模拟,得到以下主要结论:(1)新建模型可以较好模拟不同应力路径下小应变刚度衰减、大应变阶段应力-应变关系、孔隙水压发展以及剪胀性,同时可较好近似高等弹塑性模型;(2)IGS模型较现有Overlay模型可以更好地模拟处于单调加载和应力完全反转之间的应力旋转对小应变刚度的影响;(3)各向异性可显著影响应变非常小时的土体刚度,导致路径旋转角较小的应力路径具有更高的初始模量,但随着应变的增长,最近应力历史会成为左右小应变刚度的主要因素。 展开更多

关键词 饱和黏土 小应变特性 各向异性 颗粒间应变 本构模型

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粉黏混合土的临界状态统一本构模型研究 被引量：1

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作者 孙昊 钱建固 时振昊 《地基处理》 2022年第S01期72-77,共6页

粉黏混合土是指含量以粉粒和黏粒为主的土体。本文为了模拟粉黏混合土的应力应变关系,提出了一个以改变屈服面形态为特点的本构模型。本模型采用一个联合状态参数模型中的屈服面,利用其由两个参数控制屈服面形态的特点,采用修正剑桥模... 粉黏混合土是指含量以粉粒和黏粒为主的土体。本文为了模拟粉黏混合土的应力应变关系,提出了一个以改变屈服面形态为特点的本构模型。本模型采用一个联合状态参数模型中的屈服面,利用其由两个参数控制屈服面形态的特点,采用修正剑桥模型的塑性势,使之能够用于模拟粉黏混合土的应力应变关系。本文通过对实验结果进行模拟,验证了模型的准确性。对模型中控制屈服面形态的参数对屈服面形态的影响进行了分析,建立了控制屈服面形态的参数与塑性指数之间的经验性关系。研究结果表明,随着粉土含量增加,土体塑性指数减小,不排水极限偏应力和最大有效应力比增大,空间比和应力状态系数减小,屈服面最高点向左上方移动。 展开更多

关键词 粉黏混合土 联合状态参数模型 屈服面形态 塑性指数 应力应变关系

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软黏土深埋矩形顶管施工地层变形分析 被引量：15

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作者 邓婷 黄茂松 +2 位作者 时振昊 张中杰 王浩然 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第S02期157-162,共6页

结合上海轨道交通14号线静安寺车站工程,基于颗粒间应变(IGS)小应变刚度本构模型对顶管顶进过程进行了三维数值模拟。通过对比现场实测及既有工程经验,验证了数值模型的有效性。利用数值模拟,分析了软黏土地层中矩形顶管施工地层变形响... 结合上海轨道交通14号线静安寺车站工程,基于颗粒间应变(IGS)小应变刚度本构模型对顶管顶进过程进行了三维数值模拟。通过对比现场实测及既有工程经验,验证了数值模型的有效性。利用数值模拟,分析了软黏土地层中矩形顶管施工地层变形响应。主要结论包括:(1)基于IGS小应变本构模型的数值模拟可以合理反映矩形顶管顶进引起地表沉降特征;(2)顶管施工引起地表沉降形态可以通过高斯曲线表征,随着顶管顶进,沉降槽宽度系数变小;(3)土体深层水平位移呈“S”形分布,在隧道顶部所在深度,土体具有最大的远离隧道的侧向位移和沿顶进方向的水平位移,在隧道底部所在深度,土体具有最大的朝向隧道的侧向位移及沿顶进反方向的水平位移。 展开更多

关键词 矩形顶管 软黏土 有限元分析 小应变刚度 地层变形

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毛细-吸附作用下考虑孔隙比影响的单/双峰土体持水曲线模型 被引量：9

10

作者 林志强 钱建固 时振昊 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2499-2506,共8页

基质吸力-饱和度的本构关系对研究非饱和土强度和变形具有重要意义。为考虑土体中存在的不同孔隙结构,以及孔隙比对毛细和吸附作用的不同影响,建立了一个单/双峰土体持水曲线(soil-water retention curve,简称SWRC)模型。明确区分了毛... 基质吸力-饱和度的本构关系对研究非饱和土强度和变形具有重要意义。为考虑土体中存在的不同孔隙结构,以及孔隙比对毛细和吸附作用的不同影响,建立了一个单/双峰土体持水曲线(soil-water retention curve,简称SWRC)模型。明确区分了毛细和吸附作用的持水机制,将毛细饱和度和吸力的关系描述为与孔径分布特征有关的函数,而对吸附饱和度的模拟中显式地考虑了毛细凝聚的影响,并提出了毛细和吸附饱和度的解耦公式。此特性为合理地考虑SWRC对孔隙比的依赖关系奠定了基础,即孔隙比对SWRC的影响主要作用在毛细水部分,这也与微观试验揭示的规律一致。基于改进的模型提出了一种不同初始孔隙比下非饱和土强度的预测方法。利用不同类型土体的持水试验和强度试验数据验证了模型的有效性。 展开更多

关键词 土体持水曲线 单双峰 毛细作用 吸附作用 孔隙比 强度预测

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含桩基础地下结构的软黏土场地震陷数值分析 被引量：2

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作者 张中杰 刘磊 +3 位作者 时振昊 姚钧天 王浩然 黄茂松 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第S02期163-169,共7页

饱和软黏土震陷对建构筑物基础及地下结构受力状态可产生重要影响。本文基于考虑土体小应变刚度特性的循环加载不排水总应力土体本构模型,建立了软黏土中含桩基础地下结构场地震陷数值模型,利于离心振动台试验进行了模型验证,对比了单... 饱和软黏土震陷对建构筑物基础及地下结构受力状态可产生重要影响。本文基于考虑土体小应变刚度特性的循环加载不排水总应力土体本构模型,建立了软黏土中含桩基础地下结构场地震陷数值模型,利于离心振动台试验进行了模型验证,对比了单桩、群桩及含桩基地下结构场地的土层震陷特征。结果表明:由于土体应力-应变关系的非线性,随着地震作用强度的增加,震陷量级呈现显著非等比例的加速增长,针对本文算例,地震峰值加速度增大1倍,震陷量最大增长倍数可达7至12倍;相较于单桩,群桩基础及含桩基地下结构可显著降低土层震陷,本文算例中震陷降低程度分别可达10%~40%和20%~50%;地下结构的存在引起的地震波反射可导致深部土层震陷增加,本文案例中震陷量最大增幅可达40%以上。 展开更多

关键词 震陷 饱和软黏土 有限元 桩基础 地下结构

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高饱和度含气砂力学特性试验及状态相关本构模拟

12

作者 童森杰 黄茂松 +1 位作者 时振昊 王滨 《岩土工程学报》 2025年第7期1392-1400,共9页

含气砂中气相的特殊存在形式,使其基本性质不同于一般的非饱和土。为分析含气松砂的不排水力学特性及静态液化失稳特性,对配备双压力室体变量测的三轴试验系统进行扩展,实现了高饱和度含气砂的制备和试验。基于改造后的含气土三轴试验系... 含气砂中气相的特殊存在形式,使其基本性质不同于一般的非饱和土。为分析含气松砂的不排水力学特性及静态液化失稳特性,对配备双压力室体变量测的三轴试验系统进行扩展,实现了高饱和度含气砂的制备和试验。基于改造后的含气土三轴试验系统,开展了一系列饱和砂与含气砂三轴试验,并提出了判别含气砂静态液化的二阶功准则和行列式准则。研究结果表明:少量游离气体可以显著提高触发静态液化时的土体抗剪强度,增加触发静态液化所需要的轴向变形,从而提升其抵抗静态液化的能力。二阶功准则隐含了当前的应变路径,可以准确判定含气砂的静态液化失稳点,而行列式准则是二阶功准则的必要条件,判定了当前状态下是否存在一条使土体丧失稳定性的应变路径,即失稳的下限。 展开更多

关键词 高饱和度 含气砂 三轴试验 静态液化 二阶功准则 行列式准则

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多桶导管架变加载速率承载特性试验研究

13

作者 何勇 俞剑 +3 位作者 时振昊 黄茂松 沈侃敏 王滨 《岩土工程学报》 2025年第S1期86-90,共5页

海上风电基础在服役期间受潮汐、海浪以及风荷载作用会产生较大倾覆弯矩,为了研究承受不同速率的荷载作用时多桶导管架基础的荷载响应,在砂土地基中开展变速率水平荷载下的1g物理模型试验,分析荷载速率对多桶导管架基础最大弯矩与水平... 海上风电基础在服役期间受潮汐、海浪以及风荷载作用会产生较大倾覆弯矩,为了研究承受不同速率的荷载作用时多桶导管架基础的荷载响应,在砂土地基中开展变速率水平荷载下的1g物理模型试验,分析荷载速率对多桶导管架基础最大弯矩与水平承载力的影响规律。结果表明:随着加载速率的不断增大,荷载-位移曲线的峰值不断增大,且最大水平承载力对应的位移区间越晚出现;在不同速率的水平荷载下,多桶导管架基础前桶竖向位移绝对值和桶内孔压累积水平均大于后桶;水平加载速率增加带来的弯矩与水平承载力的上升是由于孔压累积所引起的。 展开更多

关键词 土力学 海上风电 模型试验 导管架基础 吸力桶

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吸力桶负压沉贯诱发砂土变形及临界负压试验与模拟

14

作者 沈侃敏 罗鑫权 +3 位作者 赵力 时振昊 黄茂松 王滨 《岩土工程学报》 2025年第S1期208-211,共4页

吸力桶基础是海洋工程重要的基础型式,通过负压沉贯可以实现低噪音及低环境扰动的基础安装。准确评估沉贯临界负压,以避免桶内土体过大变形与土塞形成,对砂土中吸力桶负压沉贯具有重要意义,而针对吸力桶沉贯负压诱发砂土变形规律的研究... 吸力桶基础是海洋工程重要的基础型式,通过负压沉贯可以实现低噪音及低环境扰动的基础安装。准确评估沉贯临界负压,以避免桶内土体过大变形与土塞形成,对砂土中吸力桶负压沉贯具有重要意义,而针对吸力桶沉贯负压诱发砂土变形规律的研究仍较为有限。为此,开展了吸力桶沉贯负压诱发砂土变形物理模型试验,建立了相应的变形-渗流耦合数值模型,分析了桶内土体位移及渗透性随负压的发展规律,提出了基于土体变形的临界负压判定方法,获得了不同插入比下临界负压对应的土体破坏模式。结果表明:(1)当沉贯负压增大到一定程度时,桶内土体竖向位移出现加速增长,并伴随土体渗透性突增,可将土体位移突增作为临界负压判定标准;(2)临界负压随吸力桶插入比的增加而显著增大;(3)当基础插入比较小时,临界负压下桶内土体表现为楔形体破坏模式;在较大插入比下,则呈现整体隆起破坏模式。 展开更多

关键词 吸力桶基础 负压沉贯 临界负压 变形 模型试验

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