地表堆载作用下盾构隧道结构变形规律及安全控制限值 被引量：2

1

作者 卞荣 吴冰 +2 位作者 孙永军 翁天赐 熊勇林 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第2期114-124,共11页

地表堆载是地下盾构隧道管片破损、接缝张开和错台等病害的主要诱因之一,这些病害对盾构隧道的安全运行构成了严峻挑战。以往的研究往往集中于某一特定堆载方式,且在分析时未能充分考虑管片接头间的力学特性。基于此,文章利用ABAQUS有... 地表堆载是地下盾构隧道管片破损、接缝张开和错台等病害的主要诱因之一,这些病害对盾构隧道的安全运行构成了严峻挑战。以往的研究往往集中于某一特定堆载方式,且在分析时未能充分考虑管片接头间的力学特性。基于此,文章利用ABAQUS有限元软件,构建了一个包含管片、螺栓和土层的多尺度精细化三维有限元模型。该模型充分考虑了隧道管片和螺栓的材料非线性特性,以及隧道管片与土体之间的复杂相互作用。通过对足尺管片加载模型试验进行模拟分析,首先验证了所采用的隧道管片模型的准确性和可靠性。随后,利用所建立的三维精细化模型,开展了不同堆载荷载大小及其形式(包括中心堆载、半偏心堆载和偏心堆载)对地下管片结构的数值模拟分析,结果表明:(1)地表堆载作用下盾构隧道纵向沉降变形呈现非连续性和非均匀性,其中地表堆载范围内隧道的沉降量较大,在堆载的边缘处隧道错台量和张开量较大;(2)综合分析了不同堆载形式下盾构隧道结构变形、张开量及错台量之间的关系,得到了盾构隧道管片张开量与结构变形及收敛率之间的关系。研究结果及所提出的相关公式可为工程施工提供参考。 展开更多

关键词 地表堆载 盾构隧道 精细化建模 数值模拟 安全限值

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饱和土有限应变弹塑性本构模型研究

2

作者 翁天赐 熊勇林 韩哲 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第2期94-103,共10页

在城市地下工程的建设过程中,土体普遍处于饱和状态,而众多地下工程事故的发生与饱和土体的大变形行为紧密相连,但目前大部分本构模型都建立在小应变条件下。为了深入揭示饱和土体的大变形力学特性,本研究以有限应变理论为基础,结合超... 在城市地下工程的建设过程中,土体普遍处于饱和状态,而众多地下工程事故的发生与饱和土体的大变形行为紧密相连,但目前大部分本构模型都建立在小应变条件下。为了深入揭示饱和土体的大变形力学特性,本研究以有限应变理论为基础,结合超弹性模型与修正剑桥模型,引入上下负荷屈服面的概念来描述土体的超固结特性和结构性。利用具有数值计算优势的返回映射算法,求解本构模型的非线性响应,并推导出能够加速计算收敛并提高计算精度的一致切线刚度矩阵。在主应力空间内,建立了一个能够同时考虑结构性、超固结特性以及大变形等力学特性的饱和土有限应变弹塑性本构模型。通过对比试验数据与模型计算结果,验证了所提出本构模型的准确性。进一步通过模拟等围压三轴排水剪切试验和三轴固结试验,分别探讨了初始超固结比、初始结构性、超固结控制参数和结构性控制参数对土体力学特性行为的影响。结果表明:(1)随着超固结比增大,土体峰值强度逐渐增大,但最终体变由剪缩转为剪胀行为;(2)随着土体初始结构性的增强,土体的峰值强度显著提高,且应变软化的程度也随之增加;(3)超固结控制参数的增大或结构性控制参数的减小,土体峰值强度均有所提升。研究结果为解决大变形工程中的问题提供了新的思路和方法,具有重要的工程应用价值。 展开更多

关键词 大变形 超固结 结构性 有限应变 弹塑性 本构模型

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降雨入渗引起非饱和土边坡破坏的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元分析 被引量：37

3

作者 熊勇林 朱合华 +1 位作者 叶冠林 叶斌 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期284-290,共7页

为了全面地了解降雨入渗引起的边坡失稳破坏机制,基于有限元-有限差分理论(FE-FD scheme)的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元数值分析方法被提出。程序中采用了Zhang等^([1])提出的以Bishop有效应力和饱和度作为状态变量的非饱和土弹塑... 为了全面地了解降雨入渗引起的边坡失稳破坏机制,基于有限元-有限差分理论(FE-FD scheme)的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元数值分析方法被提出。程序中采用了Zhang等^([1])提出的以Bishop有效应力和饱和度作为状态变量的非饱和土弹塑性本构模型,从而可以连续地描述在降雨入渗时土体由非饱和状态转化为饱和状态过程中力学特性的变化。同时用Green-Naghdi客观应力速率张量来考虑边坡失稳过程中的大变形问题。程序不仅可以模拟由于降雨入渗引起的水分迁移、孔隙水/气压力变化的过程,而且可以很好地反映出由于降雨入渗所引起的边坡变形、塑性剪切带形成等力学行为。选取室内边坡模型试验为研究对象,用所提出的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元程序来进行数值模拟,并与试验结果对比,验证了所提出的有限元数值方法的有用性。 展开更多

关键词 水-土-气耦合分析 渗流-变形耦合分析 有限元 非饱和 降雨入渗 边坡破坏

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热弹塑性土体本构模型及在多场耦合数值模拟中的应用 被引量：5

4

作者 包小华 熊勇林 +1 位作者 崔宏志 明海燕 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第4期577-585,共9页

采用热等效应力的概念,提出一种新的热弹塑性饱和/非饱和土本构模型,其在正常屈服面以内仍然会发生塑性应变。该模型通过以饱和度和土骨架应力为状态变量,能够统一描述饱和、非饱和土体的热力学特性;还采用上下负荷面概念,考虑了土的结... 采用热等效应力的概念,提出一种新的热弹塑性饱和/非饱和土本构模型,其在正常屈服面以内仍然会发生塑性应变。该模型通过以饱和度和土骨架应力为状态变量,能够统一描述饱和、非饱和土体的热力学特性;还采用上下负荷面概念,考虑了土的结构和超固结发展特性。所提出的本构模型可以很好地展现饱和/非饱和土体在不同温度条件下固结压缩实验和三轴实验中的压缩和应力应变特性。将该模型导入土-水-气-热多场耦合有限元分析中,利用有限单元一有限差分法模拟了深层软岩加热高温试验。计算结果与试验结果吻合得很好,验证了所提出的本构模型与多相场耦合有限元方法的准确性,可尝试将其用于地热能开发与土体热力学特性的研究和模拟。 展开更多

关键词 热弹塑性本构模型 热等效应力 多场耦合理论 数值模拟

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软岩热–弹–黏塑性本构模型 被引量：3

5

作者 张升 徐硕 +1 位作者 熊勇林 张锋 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期2278-2286,共9页

在诸多岩土工程如高放核废料处置、地热资源开发等应用中需要考虑软岩的长期力学特性,而温度升高会对软岩材料的蠕变破坏特性产生复杂影响,建立能反映蠕变破坏特性的本构模型具有理论价值和现实意义。从连续介质力学入手,基于下负荷面... 在诸多岩土工程如高放核废料处置、地热资源开发等应用中需要考虑软岩的长期力学特性,而温度升高会对软岩材料的蠕变破坏特性产生复杂影响,建立能反映蠕变破坏特性的本构模型具有理论价值和现实意义。从连续介质力学入手,基于下负荷面剑桥模型和等价应力的概念,建立了能描述软岩在温度作用下蠕变过程的热弹黏塑性模型。利用自主开发的仪器,采用大谷石进行了不同围压下的三轴蠕变试验,并对模型进行了验证。多种实验结果表明,材料在不同应力状态下,存在最优温度使得蠕变破坏最慢,此外,受温升影响时存在蠕变破坏加快和减慢两种现象,提出的模型能统一描述这两种现象。分析了模型特性,总结了不同材料参数和应力状态对蠕变规律的影响。 展开更多

关键词 等价应力 蠕变本构模型 蠕变规律 最优温度

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基于热-水-力数值模拟的饱和正常固结黏土热压缩现象 被引量：1

6

作者 张锋 熊勇林 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期1-7,F0002,共8页

既有饱和正常固结土体加热试验研究表明,温度升高时,土体的体积变化表现为体积收缩,这与热胀冷缩基本通识相违背。针对这一问题,通过热-水-力(THM)完全耦合有限元程序对饱和正常固结黏土的加热试验进行了数值模拟。结果表明,由于黏土的... 既有饱和正常固结土体加热试验研究表明,温度升高时,土体的体积变化表现为体积收缩,这与热胀冷缩基本通识相违背。针对这一问题,通过热-水-力(THM)完全耦合有限元程序对饱和正常固结黏土的加热试验进行了数值模拟。结果表明,由于黏土的热传导系数及渗透系数都比较低,在升温过程中,试样内部会形成温度差,进而产生超孔隙水压,随着超孔隙水压的消散,最终使土体表现为热压缩现象。当增大土体的渗透系数时,土体内部不产生超孔隙水压,这时土体表现为热膨胀。因此,饱和正常固结土体升温引起的热压缩现象并非土体基本力学特性,而是一个边界值问题。 展开更多

关键词 加热试验 热-水-力数值分析 正常固结黏土 热弹黏塑性本构模型

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温度–循环荷载作用下饱和土的力学特性研究

7

作者 张升 刘雪晴 +2 位作者 徐硕 熊勇林 张锋 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期994-1001,共8页

对高放核废料处置、地热资源开发利用等工程,土体在交变荷载作用下的大变形问题,必须考虑温度的影响。在上下负荷面的框架内,引入等价应力的概念,建立了能描述交变荷载作用下饱和土受温度影响的力学特性的本构模型。结合已有文献中的试... 对高放核废料处置、地热资源开发利用等工程,土体在交变荷载作用下的大变形问题,必须考虑温度的影响。在上下负荷面的框架内,引入等价应力的概念,建立了能描述交变荷载作用下饱和土受温度影响的力学特性的本构模型。结合已有文献中的试验数据,对所建立的模型进行了验证。结果表明,模型计算结果较好地吻合了实验结果;通过控制模型参量,模型能够同时描述不同温度下饱和土的交变移动特性,揭示了温度升高对饱和土体抗变形能力增强的内在机理。建立的模型对研究饱和砂土在温度和循环载荷下共同作用下的力学性能具有参考意义。 展开更多

关键词 等价应力 各向异性 循环荷载 上下负荷面

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考虑温度影响的软岩弹塑性本构模型 被引量：5

8

作者 杨骐莱 熊勇林 +3 位作者 张升 刘干斌 郑荣跃 张锋 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1898-1906,共9页

煤矿的深度开挖、核废料的地下储存和能量桩的广泛应用等诸多的岩土工程问题都需要考虑温度对软岩力学特性的影响。为了能较为全面地描述软岩的力学特性,基于上下负荷加载面,引入温度等价应力的概念,在tij应力空间下构建了一个可同时考... 煤矿的深度开挖、核废料的地下储存和能量桩的广泛应用等诸多的岩土工程问题都需要考虑温度对软岩力学特性的影响。为了能较为全面地描述软岩的力学特性,基于上下负荷加载面,引入温度等价应力的概念,在tij应力空间下构建了一个可同时考虑温度效应、中间主应力影响、结构性、超固结性等软岩力学特性的弹塑性本构模型。新模型的所有参数都具有明确的物理含义。通过理论曲线与试验结果进行对比,验证了所提本构模型的正确性。最后通过改变模型参数,对新本构模型的性能进行了分析讨论。计算结果表明:(1)增大超固结比发展控制参数m或者减小结构状态发展控制参数m*,将会提升软岩的剪切强度。(2)随着温度的上升,软岩的剪切强度反而减弱。(3)初始的超固结比越大,软岩的剪胀特性更明显;而初始的结构性较大时,其体积应变在剪切的最后阶段表现为剪缩。 展开更多

关键词 软岩 温度 弹塑性 本构模型

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降雨入渗条件下双层非饱和土边坡渐进性破坏数值分析 被引量：8

9

作者 洪心怡 刘志强 +1 位作者 胡春洋 熊勇林 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期71-80,共10页

为了研究降雨入渗引起的双层非饱和土边坡的破坏机理,提出了渗透变形水-土-气三相耦合的有限元数值分析方法。计算程序中通过采用合理的非饱和土弹塑性本构模型,使其可描述双层非饱和土边坡在降雨入渗时的渗透-变形耦合力学特性变化,进... 为了研究降雨入渗引起的双层非饱和土边坡的破坏机理,提出了渗透变形水-土-气三相耦合的有限元数值分析方法。计算程序中通过采用合理的非饱和土弹塑性本构模型,使其可描述双层非饱和土边坡在降雨入渗时的渗透-变形耦合力学特性变化,进而更加清晰明了地阐述非饱和土边坡的破坏机理。以2层不同湿密度的非饱和砂土边坡的模型实验作为研究对象,采用所提出的数值计算方法对不同降雨强度(50、100 mm/h)与双层坡角(59°和68.3°)等4个工况进行了数值模拟分析。与试验结果对比可知,数值模拟结果可以很好地再现试验观测现象,包括不同工况下的孔隙水压力变化、破坏时间。计算结果表明:1)由于2个土层的透水系数有所差异,水在2个土层之间的水分迁移较为缓慢。2)坡角越小(59°)或者降雨强度越小(50 mm/h),边坡破坏所需要的时间越长。3)在降雨过程中塑性破坏是从边坡左侧的坡趾附近开始,逐渐延伸至坡顶,最后形成一条贯穿整个边坡的塑性剪切带。4)边坡左侧的土体整体沿着滑动带向下滑动。在降雨强度较大(100 mm/h)的情况下,边坡滑动的规模相对较小。 展开更多

关键词 失稳破坏 有限元数值计算 非饱和土边坡 土-水-气三相耦合 降雨入渗

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列车荷载作用下机械法联络通道–隧道结构响应 被引量：14

10

作者 何邦亮 丁修恒 +3 位作者 郎志超 郑明飞 熊勇林 朱瑶宏 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A02期173-176,共4页

机械法联络通道作为一种新型施工工艺,接头处的连接形式采用钢板焊接而成,焊接工艺在动力荷载作用下容易产生疲劳损伤破坏。针对接头处的问题,通过有限元模拟研究了列车荷载对于不同连接形式下主隧道与联络通道上的加速度响应及位移响... 机械法联络通道作为一种新型施工工艺,接头处的连接形式采用钢板焊接而成,焊接工艺在动力荷载作用下容易产生疲劳损伤破坏。针对接头处的问题,通过有限元模拟研究了列车荷载对于不同连接形式下主隧道与联络通道上的加速度响应及位移响应情况。研究结果表明:对于位移响应半刚性连接形式下接头能吸收一部分位移传递,有利于隧道整体结构的安全,刚性接头则整体性较强,位移不会出现突然骤减的情况;半刚性接头能削弱加速度的传递,而刚性接头整体性强,对加速传递效率高。 展开更多

关键词 列车荷载 连接形式 联络通道 有限元模拟 接头

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机械法联络通道-隧道系统地震荷载响应分析 被引量：10

11

作者 丁修恒 文毅然 +2 位作者 郑明飞 熊勇林 朱瑶宏 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第A02期193-200,共8页

机械法联络通道作为一种新的工法,在主隧道与联络通道之间采用钢板焊接,该接头是抗震设计的关键点。针对接头的抗震问题,文章通过有限元方法研究地震荷载对主隧道和联络通道的受力、位移和加速度响应的影响,考虑刚性和半刚性接头两种工... 机械法联络通道作为一种新的工法,在主隧道与联络通道之间采用钢板焊接,该接头是抗震设计的关键点。针对接头的抗震问题,文章通过有限元方法研究地震荷载对主隧道和联络通道的受力、位移和加速度响应的影响,考虑刚性和半刚性接头两种工况。结果表明:在地震荷载作用下刚性接头受力远大于半刚性工况;在半刚性连接形式下,隧道加速度及位移的响应均大于刚性连接工况,y方向的地震荷载作用对半刚性连接形式下联络通道的位移及加速度响应影响较大。 展开更多

关键词 联络通道 连接形式 地震作用 位移 加速度响应

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不饱和土动弹塑性本构模型研究 被引量：4

12

作者 汪俊敏 熊勇林 +2 位作者 杨骐莱 桑琴扬 黄强 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期2323-2331,共9页

以饱和度与有效应力为状态变量,通过引入描述不饱和与饱和土孔隙比差的状态变量,将Zhang等提出的饱和土体应力诱导各向异性动弹塑性本构模型推广到不饱和土体中,使其可描述不饱和土在动力循环荷载作用下的力学特性行为。通过对已有不饱... 以饱和度与有效应力为状态变量,通过引入描述不饱和与饱和土孔隙比差的状态变量,将Zhang等提出的饱和土体应力诱导各向异性动弹塑性本构模型推广到不饱和土体中,使其可描述不饱和土在动力循环荷载作用下的力学特性行为。通过对已有不饱和土体在完全不排水条件下的动三轴试验进行理论模拟,验证了所提出不饱和土本构模型的正确性。最后基于所提出本构模型,讨论了在不排水条件下初始饱和度对不饱和土动力特性研究。结果表明,不饱和土在动力荷载作用下,土体的孔隙比将减少,导致饱和度增加;当初始饱和度较高时,不饱和土会转化为饱和土,从而发生液化现象。该研究成果对研究不饱和土在地震等动力荷载作用下的力学特性行为具有重要意义。 展开更多

关键词 弹塑性 本构模型 不饱和土 液化

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初始孔隙比对高吸力下非饱和土土水特性的影响 被引量：3

13

作者 陈嘉伟 李泽 +3 位作者 韩哲 高游 熊勇林 丁瑞旋 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期47-54,共8页

在我国西北干旱半干旱地区,处于高吸力范围内的非饱和土广泛存在于各种岩土工程中。非饱和土土水特性的研究是非饱和土渗流、强度与变形研究的基础。为研究高吸力下不同初始孔隙比非饱和土的土水特性,以一种粉土试样作为研究对象,采用... 在我国西北干旱半干旱地区,处于高吸力范围内的非饱和土广泛存在于各种岩土工程中。非饱和土土水特性的研究是非饱和土渗流、强度与变形研究的基础。为研究高吸力下不同初始孔隙比非饱和土的土水特性,以一种粉土试样作为研究对象,采用饱和盐溶液蒸汽平衡法控制土试样的吸力,利用阿基米德原理量测不规则土试样的体积,通过修正的Van-Genuchten模型模拟试样高吸力下不同初始孔隙比的土水特征曲线。结果表明:(1)将土水特征曲线表示为含水率与吸力的关系时,初始孔隙比对土水曲线几乎没有影响,表明高吸力下非饱和土的土水特性主要与吸附水的含量相关;(2)以Van-Genuchten模型为基础,发现考虑初始孔隙比影响的土水特征曲线方程无法准确拟合高吸力下的土水曲线;故在此基础上方程引入修正项,得到一个能够较好地模拟高吸力下非饱和土土水特征曲线的方程;(3)将该方程应用于非饱和土相对渗透系数的模拟,可得到考虑初始孔隙比影响的非饱和土相对渗透系数方程。结合相关实测数据加以验证,其预测结果与试验数据吻合较好,说明提出的土水特征曲线方程具有一定的可靠性。 展开更多

关键词 非饱和土 高吸力 初始孔隙比 土水特征曲线

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