抗滑桩阻力上下限解法

基于工程上常用的Janbu普遍条分法(GPS)和剩余推力法，提出了确定单排或多排抗滑桩抗滑阻力的上、下限计算方法。该法假定桩前、桩后滑动土体具有不同的稳定性系数，或假定桩前、桩后滑动土体具有不同的剩余推力，并且抗滑桩承受的下滑力是水平距离的函数。对于单排桩，借助于下限法可以通过试算确定其设桩范围；对于多排桩，借助于上限法可以通过有限的组合枚举确定其最佳的配置。上、下限法的结合可以巨大降低计算量，同时又能满足工程精度要求。运用该方法还可以确定不宜设置抗滑桩的位置范围。文中的算例展示了该方法的具体运用过程。

刚性桩横向承载力的三维极限分析

根据试验中观察到的土体破坏模式，建立了相应的破坏机构，用上限法对c-φ土中刚性桩的横向承载力进行了三维极限分析。将破坏土体分为3个塑性变形区，假设了满足运动边界条件的合理速度场，建立了求解光滑刚性桩横向承载力上限解的数学模型。通过极限分析发现光滑刚性桩承载力的上限解与差分解相差不大，并利用由有限差分法得到的规律对光滑桩承载力的上限解进行了修正，得到了粗糙桩承载力的粗略解。三维极限分析为计算刚性桩横向承载力提供了一种简便有效的方法。

光纤光栅传感技术在抗滑桩模型实验中的应用

光栅传感技术作为一种全新的测试技术，它具有很多优点。在抗滑桩模型实验测试中应用了该项技术。首先，将FBG传感器与电测传感器在抗滑桩上进行标定，得出两者的关系大致为1．143×10^-6／nm;然后，将标定好的FBG传感器应用于模型实验测试中。通过实验测试不仅获得了抗滑桩在不同条件下的受力状态，而且，摸索到了光栅传感技术的一些使用经验和需要注意的事项，这些可为类似的测试所借鉴。

Physical and numerical modeling of horizontal gas-hydrate wells

Methane hydrate, which is usually found under deep seabed or permafrost zones, is a potential energy resource for future years. Depressurization of horizontal wells bored in methane hydrate layer is considered as one possible method for hydrate dissociation and methane extraction from the hosting soil. Since hydrate is likely to behave as a bonding material to sandy soils, supported well construction is necessary to avoid well-collapse due to the loss of the apparent cohesion during depressurization. This paper describes both physical and numerical modeling of such horizontal support wells. The experimental part involves depressurization of small well models in a large pressure cell, while the numerical part simulates the corresponding problem. While the experiment models simulate only gas saturated initial conditions, the numerical analysis simulates both gas-saturated and more realistic water-saturated conditions based on effective stress coupled flow-deformation formulation of these three phases. © 2006 Taylor & Francis Group.

粉质粘土中的刚性桩在横向载荷作用下失稳的模型试验研究

为解释横向载荷作用下刚性桩的失稳机理,针对桩头自由的刚性桩做了一系列横向加载试验.基础土为粉质粘土,含水量介于9.85%～13.85%之间.由载荷-位移全过程曲线发现,刚性桩在横向载荷达到一定值时会失稳;由试验录像及土体剖面发现,由于土体的软化破坏,在桩后土体内会出现贯穿的局部破坏并形成一楔体,同时在土面伴随一不完全的椭圆形鼓包及一条平行于加载方向的拉伸裂缝,而在桩前土中,由于桩的挤压会形成一条侵彻沟.分析认为,对大位移刚性桩桩后土体的破坏是桩失稳的根本原因.

底端嵌固桩与滑体相互作用的物理模型试验研究

抗滑桩与滑坡体的相互作用是一个复杂系统.利用专门设计的安置有光纤和电测器件的物理模型试验装置,通过改变抗滑桩的几何尺寸、布置间距以及滑体的滑移面角等有关参数,研究抗滑桩与滑坡体之间的相互作用,获得了在不同桩体几何尺寸、间距以及滑体滑移面角β等参数情况下抗滑桩的受力状况和滑体作用在抗滑桩上的滑坡推力函数q(H),进一步揭示了抗滑桩与滑体之间的相互作用机制.

Toward Understanding Astrophysical Phenomena

Fast radio bursts (FRBs), a novel type of radio pulse, whose physics is not yet understood at all. Only a handful of FRBs had been detected when we started this project. Taking account of the scant observations, we put physical constraints on FRBs. We excluded proposals of a galactic origin for their extraordinarily high dispersion measures (DM), in particular stellar coronas and HII regions. Therefore our work supports an extragalactic origin for FRBs. We show that the resolved scattering tail of FRB 110220 is unlikely to be due to propagation through the intergalactic plasma. Instead the scattering is probably caused by the interstellar medium in the FRB's host galaxy, and indicates that this burst sits in the central region of that galaxy. Pulse durations of order $\ms$ constrain source sizes of FRBs implying enormous brightness temperatures and thus coherent emission. Electric fields near FRBs at cosmological distances would be so strong that they could accelerate free electrons from rest to relativistic energies in a single wave period. When we worked on FRBs, it was unclear whether they were genuine astronomical signals as distinct from `perytons', clearly terrestrial radio bursts, sharing some common properties with FRBs. Recently, in April 2015, astronomers discovered that perytons were emitted by microwave ovens. Radio chirps similar to FRBs were emitted when their doors opened while they were still heating. Evidence for the astronomical nature of FRBs has strengthened since our paper was published. Some bursts have been found to show linear and circular polarizations and Faraday rotation of the linear polarization has also been detected. I hope to resume working on FRBs in the near future. But after we completed our FRB paper, I decided to pause this project because of the lack of observational constraints.

The pulsar triple system, J0733+1715, has its orbital parameters fitted to high accuracy owing to the precise timing of the central $\ms$ pulsar. The two orbits are highly hierarchical, namely $P_{\mathrm{orb,1}}\ll P_{\mathrm{orb,2}}$, where 1 and 2 label the inner and outer white dwarf (WD) companions respectively. Moreover, their orbital planes almost coincide, providing a unique opportunity to study secular interaction associated purely with eccentricity beyond the solar system. Secular interaction only involves effect averaged over many orbits. Thus each companion can be represented by an elliptical wire with its mass distributed inversely proportional to its local orbital speed. Generally there exists a mutual torque, which vanishes only when their apsidal lines are parallel or anti-parallel. To maintain either mode, the eccentricity ratio, $e_1/e_2$, must be of the proper value, so that both apsidal lines precess together. For J0733+1715, $e_1\ll e_2$ for the parallel mode, while $e_1\gg e_2$ for the anti-parallel one. We show that the former precesses $\sim 10$ times slower than the latter. Currently the system is dominated by the parallel mode. Although only a little anti-parallel mode survives, both eccentricities especially $e_1$ oscillate on $\sim 10^3\yr$ timescale. Detectable changes would occur within $\sim 1\yr$. We demonstrate that the anti-parallel mode gets damped $\sim 10^4$ times faster than its parallel brother by any dissipative process diminishing $e_1$. If it is the tidal damping in the inner WD, we proceed to estimate its tidal quantity parameter ($Q$) to be $\sim 10^6$, which was poorly constrained by observations. However, tidal damping may also happen during the preceding low-mass X-ray binary (LMXB) phase or hydrogen thermal nuclear flashes. But, in both cases, the inner companion fills its Roche lobe and probably suffers mass/angular momentum loss, which might cause $e_1$ to grow rather than decay.

Several pairs of solar system satellites occupy mean motion resonances (MMRs). We divide these into two groups according to their proximity to exact resonance. Proximity is measured by the existence of a separatrix in phase space. MMRs between Io-Europa, Europa-Ganymede and Enceladus-Dione are too distant from exact resonance for a separatrix to appear. A separatrix is present only in the phase spaces of the Mimas-Tethys and Titan-Hyperion MMRs and their resonant arguments are the only ones to exhibit substantial librations. When a separatrix is present, tidal damping of eccentricity or inclination excites overstable librations that can lead to passage through resonance on the damping timescale. However, after investigation, we conclude that the librations in the Mimas-Tethys and Titan-Hyperion MMRs are fossils and do not result from overstability.

Rubble piles are common in the solar system. Monolithic elements touch their neighbors in small localized areas. Voids occupy a significant fraction of the volume. In a fluid-free environment, heat cannot conduct through voids; only radiation can transfer energy across them. We model the effective thermal conductivity of a rubble pile and show that it is proportional the square root of the pressure, $P$, for $P\leq \epsy^3\mu$ where $\epsy$ is the material's yield strain and $\mu$ its shear modulus. Our model provides an excellent fit to the depth dependence of the thermal conductivity in the top $140\,\mathrm{cm}$ of the lunar regolith. It also offers an explanation for the low thermal inertias of rocky asteroids and icy satellites. Lastly, we discuss how rubble piles slow down the cooling of small bodies such as asteroids.

Electromagnetic (EM) follow-up observations of gravitational wave (GW) events will help shed light on the nature of the sources, and more can be learned if the EM follow-ups can start as soon as the GW event becomes observable. In this paper, we propose a computationally efficient time-domain algorithm capable of detecting gravitational waves (GWs) from coalescing binaries of compact objects with nearly zero time delay. In case when the signal is strong enough, our algorithm also has the flexibility to trigger EM observation {\it before} the merger. The key to the efficiency of our algorithm arises from the use of chains of so-called Infinite Impulse Response (IIR) filters, which filter time-series data recursively. Computational cost is further reduced by a template interpolation technique that requires filtering to be done only for a much coarser template bank than otherwise required to sufficiently recover optimal signal-to-noise ratio. Towards future detectors with sensitivity extending to lower frequencies, our algorithm's computational cost is shown to increase rather insignificantly compared to the conventional time-domain correlation method. Moreover, at latencies of less than hundreds to thousands of seconds, this method is expected to be computationally more efficient than the straightforward frequency-domain method.

Applications of plasticity theory to selected problems in soil mechanics

Two topics in plane strain perfect plasticity are studied using the method of characteristics. The first is the steady-state indentation of an infinite medium by either a rigid wedge having a triangular cross section or a smooth plate inclined to the direction of motion. Solutions are exact and results include deformation patterns and forces of resistance; the latter are also applicable for the case of incipient failure. Experiments on sharp wedges in clay, where forces and deformations are recorded, showed a good agreement with the mechanism of cutting assumed by the theory; on the other hand the indentation process for blunt wedges transforms into that of compression with a rigid part of clay moving with the wedge. Finite element solutions, for a bilinear material model, were obtained to establish a correspondence between the response of the plane strain wedge and its axi-symmetric counterpart, the cone. Results of the study afford a better understanding of the process of indentation of soils by penetrometers and piles as well as the mechanism of failure of deep foundations (piles and anchor plates).

The second topic concerns the plane strain steady-state free rolling of a rigid roller on clays. The problem is solved approximately for small loads by getting the exact solution of two problems that encompass the one of interest; the first is a steady-state with a geometry that approximates the one of the roller and the second is an instantaneous solution of the rolling process but is not a steady-state. Deformations and rolling resistance are derived. When compared with existing empirical formulae the latter was found to agree closely.

Contribuição à confiabilidade de estacas cravadas através de um estudo de caso com aplicação da teoria Bayesiana.

Nos diversos segmentos da Geotecnia e em especial na área de fundações, o engenheiro se depara com uma série de incertezas. Algumas destas incertezas são inerentes à variabilidade local do solo, às condições de carregamento, aos efeitos do tempo, às diferenças nos processos executivos, erros de sondagens, que influenciam diretamente a estimativa da capacidade de carga da fundação, seja por ocasião de seu carregamento estático, seja durante ou logo após a cravação. O objetivo desta dissertação é a adaptação, a estacas em terra (onshore), de um procedimento concebido originalmente para emprego em estacas offshore, que trata da atualização da estimativa da resistência durante a cravação, com base em registros documentados durante a execução. Neste procedimento a atualização é feita através da aplicação dos conceitos da análise Bayesiana, assumindo que os parâmetros da distribuição probabilística utilizada sejam variáveis randômicas. A incerteza dos parâmetros é modelada por distribuições a priori e a posteriori. A distribuição a posteriori é calculada pela atualização da distribuição a priori, utilizando uma função de máxima verossimilhança, que contém a observação obtida dos registros de cravação. O procedimento é aplicado a um conjunto de estacas de um extenso estaqueamento executado na Zona Oeste do Rio de Janeiro. As estimativas atualizadas são posteriormente comparadas aos resultados dos ensaios de carregamento dinâmico. Várias aplicações podem surgir com o emprego deste procedimento, como a seleção das estacas que, por apresentarem reduzido valor de estimativa atualizada de resistência, ou uma maior incerteza desta estimativa, devam ser submetidas a provas de carga. A extensão deste estudo a diferentes tipos de estacas em perfis de solo de natureza distintos poderá levar ao desenvolvimento de sistemas mais adequados de controle de execução, capazes de identificar as principais incertezas presentes nos diferentes tipos de execução de estacas, contribuindo assim para a otimização de futuros projetos de fundações.

Contribuição ao estudo do efeito tridimensional de instalação e de grupo em estacas cravadas em areia.

O efeito de instalação de estacas cravadas em areia, que promove um aumento da compacidade do solo e de seus parâmetros de resistência e deformabilidade, é analisado nesta dissertação em conjunto com o efeito de grupo. O procedimento estabelecido objetiva quantificar a melhoria após a instalação de um grupo de estacas e foi desenvolvido nesta pesquisa a partir da contribuição de Alves (1998). Para a utilização deste procedimento, foram propostas correlações do módulo de Young do solo em função da resistência à penetração NSPT (ou da resistência à penetração normalizada N60), a partir de um banco de dados obtido da literatura, visando não apenas as aplicações implementadas neste estudo, como também nortear futuras aplicações práticas. Na análise de casos documentados da literatura, foi utilizado o programa Plaxis 3D Foundation. Inicialmente foi procedida a calibração do programa através da reprodução de um caso de instrumentação de um grupo de estacas na argila rija de Londres, muito bem documentado por Cooke et al. (1980). Os resultados das simulações, com parâmetros do solo obtidos da literatura, se ajustaram muito bem aos resultados experimentais, seja nos valores de recalque, seja nos diagramas de transferência de carga. Posteriormente, a melhoria do solo por efeito da instalação foi estimada, através do procedimento estabelecido nesta dissertação, baseado em Alves (1998), a partir das características iniciais do solo antes da instalação de um grupo de estacas em modelo reduzido em solo arenoso. Obtidos os parâmetros melhorados previstos para o solo após a instalação, estes foram aplicados a um grupo de 9 estacas, para diferentes espaçamentos relativos, como dados de entrada no programa Plaxis. A comparação dos resultados experimentais com aqueles simulados numericamente sinaliza para o potencial tanto do programa Plaxis, na reprodução do comportamento do conjunto, como do modelo de Alves (1998), que norteou o procedimento proposto nesta pesquisa. O fator de escala, ressaltado na dissertação, bem como outros aspectos relevantes observados nas análises realizadas, são propostos como temas futuros a serem investigados na continuidade desta linha de pesquisa.

Análise vibratória de fundações de máquinas sobre estacas.

A análise de fundações sob solicitações dinâmicas é algo sempre presente em projetos na área industrial. É um campo pouco explorado na área de engenharia geotécnica, onde existem relativamente poucas informações no Brasil, de maneira geral. O método mais comum de realizar essas análises é a simplificação de modelos estruturais a partir do uso de molas. Sabe-se que esses coeficientes de reação têm uma variação relativamente grande e que esse enfoque de projeto pode, em alguns casos, mostrar-se contra a segurança ou levar a superdimensionamentos desnecessários. Verifica-se, então, a necessidade de uma avaliação mais criteriosa, utilizando a interação solo x estrutura, onde as molas comumente utilizadas nas análises vibratórias convencionais são substituídas pela rigidez real do solo quando concebido como um meio contínuo, através de sua discretização pelo método dos elementos finitos. A presente dissertação analisa o problema através do módulo de dinâmica do programa Plaxis 2D. Neste tipo de análise, além da modelagem do solo como um meio contínuo, torna-se possível introduzir condições de contorno específicas ao problema em estudo, múltiplas camadas de solo, sejam horizontais ou inclinadas, além da introdução de amortecedores capazes de evitar a reflexão espúria das ondas incidentes nos limites da malha de elementos finitos e assim modelar mais adequadamente a perda de energia por radiação. A presente dissertação compara medições experimentais e soluções eficientes de métodos vibratórios clássicos com a resposta obtida pelo MEF, mostrando resultados bastante satisfatórios tanto pelos métodos clássicos quanto pelo MEF.

Critério estatístico para obtenção de valores de NSPT para previsão da capacidade de carga de estacas por métodos semi empíricos.

Uma das tarefas mais desafiadoras do engenheiro na área da Geotecnia é a escolha dos valores de parâmetros geotécnicos obtidos de ensaios de campo ou laboratório e que serão utilizados nos modelos analíticos ou numéricos na fase de projeto de fundações. Diante das incertezas inerentes aos ensaios de SPT e da heterogeneidade de abordagens para a utilização dos valores de NSPT, é proposta neste estudo, a aplicação de um critério estatístico para obtenção de valores de NSPT, a partir da construção de intervalos de confiança de 95% de probabilidade em torno da reta ajustada de regressão linear simples entre a variável aleatória NSPT e a profundidade. Os valores obtidos de NSPT pelo critério aplicado foram utilizados na previsão da capacidade de carga de 19 estacas isoladas a partir da utilização de três métodos semi-empíricos: Aoki-Velloso (1975) com coeficientes alterados por Monteiro (1997), Décourt & Quaresma (1978) alterado pelo método de Décourt (1996) e Método de Alonso (1996). As cargas de ruptura dessas 19 estacas ensaiadas através de Provas de Carga Estática foram obtidas pelos métodos de extrapolação de Van Der Veen (1953) e Décourt (1996) e serviram para comparação e consequente validação do critério estatístico. Adicionalmente, com fulcro no item 6.2.1.2.1 da ABNT NBR 6122:2010 Resistência calculada por método semi-empírico, foram avaliados os fatores de segurança em relação às cargas de projeto, inclusive, também se utilizando da premissa de reconhecimento de regiões representativas, levando em conta o número de ensaios de SPT executados, fato que promove uma diminuição da incerteza dos parâmetros, apontando a um menor fator de segurança. A dissertação enfatiza as vantagens de um adequado tratamento estatístico dos parâmetros geotécnicos, a exemplo da recomendação já existente nas normas internacionais como Eurocódigo e outras. O critério construído permite e encoraja análises e decisões racionais no universo das partes interessadas consumidores, projetistas, fiscais de obras, contratantes e comunidade científica promovendo as discussões de forma mais objetiva e harmoniosa sobre o tema.

Contribuição à confiabilidade de estacas tipo raiz através de um estudo de provas de carga estáticas com aplicação da teoria bayesiana.

Atualmente, o assunto de segurança em fundações tem despertado a atenção de diversos pesquisadores. Muitos entendem ser ultrapassada a utilização, pura e simples, de fatores de segurança em obras geotécnicas. O tratamento determinístico nos projetos de fundações não corresponde às variações e incertezas geradas em todo o processo de investigação do subsolo e processo executivo da fundação, sendo ainda o projeto de fundações um fim de linha de uma longa fila de disciplinas que a precedem e que geram também incertezas nas informações de esforços de suas estruturas e solicitações nas fundações. Porém, são as fundações as primeiras a serem executadas em qualquer obra civil. Este aspecto tem levado à necessidade crescente de verificar também a probabilidade de ruína da fundação por meio da chamada análise de confiabilidade. Com o objetivo de contribuir com a discussão sobre o emprego da análise de confiabilidade, as orientações da norma e o aprimoramento de modelos de cálculo, esta dissertação apresenta, através da aplicação em um estudo de caso, os diferentes aspectos de segurança abordados em projetos de fundações. Procura-se destacar dois tipos básicos de incertezas: aquelas inerentes à variabilidade espacial das propriedades do solo e as decorrentes do modelo de cálculo. Nesta pesquisa são procedidas inicialmente as extrapolações das curvas das provas de carga, que resultarão nos valores da função de Verossimilhança, para a atualização por Bayes. Numa segunda etapa se procede à estimativa da capacidade de carga a priori por alguns métodos consagrados e amplamente utilizados no Brasil. A atualização da estimativa da capacidade de carga é, a seguir, realizada através da metodologia de Bayes, sendo esta uma aplicação de conceitos da probabilidade condicional. A ideia de se proceder a estas duas alternativas de análise à priori foi norteada por duas motivações distintas: i) contribuir para a prática, pelo procedimento de combinação de informações num caso real bem documentado, conforme proposto por Vrouwenvelder (1992) e ii) motivar discussão de opiniões polêmicas de engenheiros de fundações brasileiros em relação à adoção de um fator de segurança inferior a 2 no caso de provas de carga especificadas na fase de projeto.

Um estudo de caso envolvendo a retroanálise de tensões residuais de cravação.

As tensões residuais de cravação ocorrem quando a estaca e o solo não são totalmente descomprimidos após dissipação completa da energia transferida à estaca durante sua instalação. Este assunto tem merecido a atenção de vários pesquisadores, uma vez que a presença das tensões residuais na estaca causa uma alteração no seu comportamento quando carregada. A presente dissertação reuniu estudos anteriores que estabeleceram os principais fatores que influenciam as tensões residuais de cravação. Procurou-se executar uma série de simulações objetivando melhor entender o desenvolvimento das tensões residuais com a porcentagem de resistência de ponta, em continuidade aos estudos de Costa (1994). Costa (1994) observou que a porcentagem de carga na ponta é um fator relevante na avaliação das tensões residuais de cravação. Uma análise paramétrica efetuada confirmou estudos anteriores, verificando que a razão entre a carga residual na ponta em relação à capacidade de carga global cresce, a medida que a porcentagem de carga na ponta aumenta, chegando a um valor máximo para, em seguida, diminuir. Este comportamento é similar ao da curva de compactação do solo, quando, ao aumentar a umidade, o peso específico seco aumenta, até um valor máximo, correspondente à umidade ótima, para em seguida reduzir. Verificouse, ainda, semelhantemente ao aumento da energia de compactação, que vai transladando a curva para cima e para à esquerda do gráfico umidade x peso específico seco, que o aumento do comprimento da estaca apresenta um comportamento similar. O aumento do comprimento leva a curva para cima e para a esquerda. Finalmente, selecionou-se um caso de obra com condições propícias para o desenvolvimento de altas tensões residuais de cravação. Trata-se de um caso de estacas metálicas longas, embutidas em solo residual jovem, de elevada resistência, bem documentado com extensa instrumentação, por ocasião da instalação. A retroanálise de cinco estacas do banco de dados mostrou que as cargas residuais previstas, num programa de simulação de cravação, se aproximaram muito dos valores experimentais. Foi observado também que a profundidade do ponto neutro previsto e medido apresentou uma excelente concordância. O resultado mais relevante desta pesquisa foi quando os valores de porcentagem de ponta foram introduzidos no eixo das abscissas e os valores da razão entre a carga residual na ponta e a capacidade de carga global, no eixo das ordenadas, e se observou o aspecto da curva semelhante à de compactação. A dissertação ilustra ser possível e simples a previsão das tensões residuais de cravação através de uma análise pela equação da onda.