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說國槐,我的腦子里只有京城,到處可見至尊無敵的老槐。雍和宮內,孔廟國子監(jiān)內,落花如細雨,屋頂上,道路上,車蓋上,人身上……
如果國槐說了,接著當仁不讓的話題一定是洋槐。有人說,咋不說刺槐,我見過好多刺槐呢。好吧,現在就說刺槐,因為刺槐就是洋槐的真名啦。
刺槐(洋槐)來自遙遠的北美洲,19世紀末才由法國人引入中國,據說當時修建濟南鐵路,引種種植洋槐是為將來更換枕木而備。刺槐和國槐秉承同一個大祖宗豆科的基因,只不過國槐是槐屬,刺槐(洋槐)是刺槐屬。
洋人的東西,到底什么樣兒?舉個大家熟悉的例子。見過蘭花吧,種在宜興紫砂盆那種,葉子瘦長垂逸,淡墨深處陡然一濃筆,驀地斜逸出去,飄忽又見一小尖瓣,散淡地愛開不開;香不是聞出來的,是一縷一縷繚繞,連花瓣也和葉子要同色,賞花的是寂寞的人,這一定是國蘭了。洋蘭呢?一堆一堆的花朵,像端出來一個大染缸?;ǘ錆鈯y艷抹,花形奇形怪狀,妖艷而放浪,春節(jié)一到,富豪生意人張燈結彩的家里,必定有那么炫富的一大盆,待花期一過,扔垃圾桶棄之如敝履。
上面只是比方。我的意思是,大多數洋東西,往往奢華有余而韻味不足。當然,此乃文化需求的差異。洋槐不會像洋蘭那么惡心,雖然它也盛大得有些驚人。與國槐相比,洋槐樹冠高大,葉子大且鮮綠,花穗大得多,花瓣大得多,香氣濃得多,可以用馥郁芬芳來形容它的甜香,一看就知道是個洋貨,真乃一方水土養(yǎng)一方物啊。你看國槐,開的花叫槐花米,可見有多細多小,香氣也是幽幽然,簡直謹小慎微。但又鋪天蓋地飄灑,骨子里還是相當的悶騷。
洋槐的花期比國槐早,四五月份開完花,國槐接著開。洋槐開白花,國槐開淡黃綠的花。洋槐的花味道甜,是上好的蜜源;國槐花澀,不能食。洋槐葉子先端是圓的,國槐是尖的,洋槐葉子底部還有一對1-2厘米的托葉刺,所以叫刺槐,這是它與國槐又一明顯的區(qū)別。
關鍵詞:圓形淺基礎;復合加載;砂土;破壞包絡面;承載力
中圖分類號:
TU311; P315.9文獻標志碼:A文章編號:16744764(2015)03006307
Abstract:
The bearing capacity of circular shallow footings subjected to combined loading composed of vertical component V, horizontal component H and moment M on sand is explored through three dimensional finite element numerical analyses. The sand is assumed to be purely frictional and obey elastoperfectly plastic relationship following the MohrCoulomb failure criterion. The capacity of circular footing under centrally vertical load is computed, and the calculated results agree well with those derived from slipline field theory. Then the influence of soil friction angle on the failure locus in the VH and VM load plane and VHM load space is investigated. The results show that the shape of failure envelopes of shallow foundations on sand is different from that on undrained clay, whilst normalization of the failure envelope on the VH and VM load plane by the pure vertical bearing capacity allow it to be generalized for varying conditions. Based on finite element analyses, the equation of failure envelope in the VHM three dimensional load space is proposed, which can be used to evaluate the general stability of circular footings on sand under combined loading condition.
Key words:circular footing; combined loading; sand; failure envelope; bearing capacity
對于圓形淺基礎,傳統(tǒng)的地基承載力分析理論主要有Terzaghi、Vesic、Hansen、Meyerhoff等提出的各種經驗、半經驗公式,對于傾斜與偏心荷載作用下的淺基礎穩(wěn)定性問題,一般是基于Terzaghi豎向承載力公式,分別通過引入荷載傾斜系數與Meyerhoff有效寬度假定來考慮水平荷載和偏心荷載對豎向承載力的影響,對此欒茂田等[1]已經進行了比較全面的評述。
隨著石油、天然氣和金屬礦物等海洋資源的大力開發(fā),各種海洋基礎穩(wěn)定性評價方面的問題得到了高度重視。與陸地上基礎相比,海洋基礎除了承受豎向荷載V以外,通常還要抵抗波浪和風暴等所引起的水平荷載H與力矩M。在這種復合加載情況下,海洋基礎一般不會在單純的豎向荷載作用下達到極限平衡狀態(tài),而是在豎向荷載、水平荷載與力矩的不同組合條件下發(fā)生失穩(wěn)破壞。因此,將傳統(tǒng)的地基承載力理論用于海洋淺基礎穩(wěn)定性評價時,可能出現較大偏差,從而不適合含有較大水平荷載和力矩的情況[2]。為了解決這個問題,部分學者[12]通過系統(tǒng)研究提出了破壞包絡面理論,認為在復合加載條件下,地基達到整體破壞時各個荷載分量的組合在三維荷載空間(V,H,M)中將形成一個不依賴于加載路徑的外凸曲面,其方程可由引起地基失穩(wěn)時的各個荷載分量顯式表達為f(V,H,M)=0。根據實際的受力狀態(tài)與該破壞包絡面之間的相對位置關系,可以直觀評價設計荷載狀態(tài)下海洋基礎的整體穩(wěn)定性。
目前所開展的研究工作大多針對軟黏土地基,砂土地基上圓形淺基礎破壞包絡面方程的研究較少,并僅限于模型試驗研究。Martin等[3]對于復合加載條件下黏土地基上紡錘形基礎的力學響應進行了比較系統(tǒng)的室內小比尺模型試驗。在此基礎上,Gottardi等[4]、Cocjin等[5]分別對于密砂上圓形和條形淺基礎開展了一系列模型試驗,并對試驗數據進行擬合,建議了砂土地基上淺基礎的破壞包絡面方程。Cassidy等[6]針對松散鈣質砂地基開展了小比尺復合加載試驗研究,主要探討了宏單元模型中的硬化準則和流動法則。但這些試驗工作都是針對某種相對密度或內摩擦角的砂土,因此,本文對于共面復合加載條件下砂土地基上圓形淺基礎的承載力進行比較系統(tǒng)的有限元分析,探討了砂土內摩擦角(對于圓形淺基礎在VH、VM荷載平面與VHM荷載空間內的破壞包絡軌跡的影響,并與已有的室內模型試驗結果進行了對比。
1有限元模型
直徑D=1 m的圓形淺基礎位于砂土地基上。不考慮淺基礎本身的變形,因此采用離散剛體單元模擬。地基模型的半徑和深度都取為5D,經過試算,可以消除有限元模型中地基的邊界效應影響。根據趙少飛等[7]的建議,土體單元類型選擇8節(jié)點縮減積分實體單元(C3D8R),在淺基礎附近的局部區(qū)域加密網格,單元數為26 240,如圖1所示。
在分析中,砂土假定為純摩擦材料,重度取為γ=20 kN/m3,采用基于MohrCoulomb破壞準則的理想彈塑性本構模型,變形模量E=100 MPa,泊松比v=0.3。很多實驗結果已經表明,砂土剪脹角φ低于內摩擦角,但為了與常用的豎向承載力解進行對比,仍然采用了相關聯流動法則,即取φ = 。土體為純摩擦材料,基礎與地基之間不能傳遞拉應力,因此,基礎和地基間設為完全黏結約束,而未設置接觸單元。
為了避免純摩擦材料計算難以收斂的數值問題,同時又不影響材料真實的力學響應,需要在模型中人為賦予砂土一個很小的黏聚力值。根據Zhu等[8]利用ABAQUS軟件計算矩形基礎承載力時的建議,在本文考慮的砂土內摩擦角范圍10°~30°內,當
2豎向承載力
對于內摩擦角=15°、20°、25°與30° 4種情況,分別進行了豎向承載力計算。在計算過程中,采用位移控制加載,當得到的基底中心處的節(jié)點反力V豎向位移v曲線斜率陡降或接近零時,與該狀態(tài)相對應的基底反力即為地基的豎向承載力,如圖2所示。
同時,也采用Martin[9]提出的滑移線方法和Terzaghi圓形淺基礎公式對此問題進行了求解,幾種方法所得豎向承載力(單位:kN)都列于表1,通過比較可以看到,在≥20°時有限元與滑移線解法所得結果都要比Terzaghi公式計算結果高,而在=15°時,有限元計算結果比其它兩種方法偏低。有限元法與滑移線解法所得結果之間相差不大,最大誤差為8%,從而說明本文有限元模型是基本合理的。
3復合加載數值試驗方法
3.1swipe型加載方法
構建不同荷載平面上完整的破壞包絡面,對于軟黏土地基,只需要一條swipe加載路徑[1011],但對于砂土地基,則需要兩條加載路徑,如圖3所示。加載路徑I與軟黏土地基相同,包括兩個加載步驟:1)沿i方向從初始狀態(tài)開始施加位移ui直到i方向反力達到極限值;2)固定i方向的位移,沿j方向施加位移uj直到j方向對應的反力Fj不隨位移增大而改變,此時步驟2)所形成的加載軌跡可以近似作為ij平面上破壞包絡面的一部分。加載路徑II含有一個加載步驟,從初始狀態(tài)開始約束i方向自由度,沿j方向施加位移uj直到j方向對應的反力Fj不隨位移增大而改變,該步驟所形成的加載軌跡可作為包絡面的另外一部分。
3.2probe型加載方法
probe型加載方法包括固定位移比加載、固定荷載比加載方法等,范慶來等[10]已經進行了比較詳細的介紹,在此不再贅述。最近,趙少飛[7]建立了一種較為直觀的probe型加載方法,該方法包含如下兩個步驟:1)通過荷載控制,沿i方向(一般為豎向)在基礎上直接施加一定的荷載分量Fi;2)保持所施加的荷載分量Fi不變,沿j方向進行位移控制加載,直到相應方向的反力Fj不再隨位移增加而改變,由此可確定出破壞包絡面上的一個點(Fi, Fj),如圖3所示。通過多次加載,即可擬合一個完整的包絡面。本文在構建VH、VM荷載平面上的包絡面時,采用了該方法。
3.3荷載位移聯合搜索方法
為了得到圓形淺基礎在VHM荷載空間內的三維破壞包絡面,需采用荷載位移聯合搜索方法[1011]。這個方法包含如下3個步驟:1) 通過荷載控制,在基底中心施加一定大小的豎向荷載分量V;2) 保持該豎向荷載分量不變,進行HM荷載平面上的swipe型加載,得到破壞包絡面的近似形式;3) 在此基礎上,進行若干次probe型加載,確定最終的破壞包絡面。
4VH平面上的破壞包絡軌跡
聯合采用swipe型與probe型兩種數值加載方法,對于圓形淺基礎在VH平面內的破壞包絡軌跡進行研究。所得到的VH荷載平面內的破壞包絡軌跡如圖4(a)所示,采用豎向承載力Vult進行歸一化后,可得VH荷載平面內的破壞包絡面形狀如圖4(b)所示。
通過圖4(a)可以看到,隨著砂土內摩擦角的增大,VH荷載平面內的破壞包絡面大小在不斷增長。在內摩擦角=30°時,圖4(a)還具體給出了swipe型加載路徑I、II與probe型加載得到的3個數據點(分別是在V / Vult =0.3、0.5及0.7情況下得到的),可以看到swipe型加載路徑I與路徑II在V / Vult =0.5處匯合,構成了一個完整的包絡面。probe型加載得到的數據點與swipe型加載路徑基本吻合,考慮到數值計算誤差,可以表明破壞包絡面是不依賴于加載路徑的。在其它內摩擦角情況下,也具有相同規(guī)律,在圖4(a)中不再一一表達。
根據圖4(b)可看出,破壞包絡面形狀類似于橄欖球形,基礎所能承受的最大水平荷載Hmax大致出現在豎向荷載水平V/Vult=0.5處,而且對于不同內摩擦角情況下,Hmax≈0.13Vult。Gottardi等[4]針對內摩擦角=42.3°以及Bienen等[12]針對=34.3°的砂土所進行的模型試驗也得到了基本一致的結論Hmax≈0.12Vult。Cassidy等[6]對于松散鈣質砂也進行了試驗,得到的結果表明Hmax≈0.15Vult。
因此,如圖4(b)所示,不同內摩擦角情況下,采用豎向極限承載力Vult進行歸一化后,包絡面形狀幾乎完全重合,可采用式(1)進行描述。
HVult=4h0VVult1-VVult(1)
式中:h0=Hmax/Vult,其取值范圍在0.12~0.15之間,對于本文有限元計算結果,h0=0.13。在圖4(b)中還列出了Loukidis等[13]建立的條形淺基礎破壞包絡面方程,可見圓形與條形淺基礎的破壞包絡面形狀存在一定差異。因此,在分析基礎穩(wěn)定性時,必須考慮其三維效應。
對于軟黏土地基VH包絡面,水平荷載最大值位于V=0,隨著豎向荷載水平增大,基礎承受水平荷載的能力不斷下降[10],這顯然與砂土地基上基礎破壞包絡面特性有明顯差異。
5VM平面上的破壞包絡軌跡
采用類似數值加載方法,對于圓形淺基礎在VM平面內的破壞包絡軌跡進行了研究,其中力矩M是通過在基底中心處施加轉角邊界條件控制加載。所得到的VM荷載平面內的破壞包絡軌跡如圖5(a)所示。采用基礎直徑D與豎向承載力Vult之乘積DVult對于力矩M無量綱化,可得VM荷載平面內的歸一化破壞包絡面形狀如圖5(b)所示。
通過圖5(a)可以看到,VM荷載平面內的破壞包絡面大小也隨著砂土內摩擦角的增大而在不斷增長。歸一化后的破壞包絡面形狀基本重合,也類似于橄欖球形,基礎所能承受的最大力矩荷載Mmax大致出現在豎向荷載水平V/Vult=0.5處,Mmax=008DVult,對應著偏心距為e/D=1/625。Gottardi等[4]根據密砂的模型試驗得到Mmax=01DVult,Bienen等[11]根據松砂上的試驗結果得到的結論則是Mmax=0.075DVult,因此,可以認為,VM平面內砂土地基上圓形淺基礎的歸一化最大彎矩承載力m0=Mmax/(DVult)在0.075~0.1之間。不同內摩擦角情況下,包絡面形狀基本重合,如圖5(b)所示,可采用如下拋物線方程式(2)進行描述。
MDVult=4m0VVult1-VVult
(2)
式中:m0取值范圍在0.075~0.1之間,對于本文有限元計算結果,m0=0.08。與軟土地基上基礎VM包絡面方程[10]進行比較,可以看到偏心荷載情況下砂土與黏土地基上破壞包絡面特性也存在顯著差異。
通過比較,可以看到式(4)的模擬結果較好,因此,采用如式(4)所示的三維破壞包絡面方程來評價復合加載條件下砂土地基上圓形淺基礎承載力是合理的。在實際應用中,只需根據豎向極限承載力公式或其它方法確定相應的豎向承載力Vult,進而根據方程(4),就可以得到破壞包絡面的顯式表達式f(V, H, M/D)=0,如圖8所示。若淺基礎設計荷載組合點(V,H,M)位于包絡面上時,說明地基處于承載能力極限狀態(tài)。當荷載組合點(V,H,M)處于該包絡面內部,則淺基礎是整體穩(wěn)定的,反之,則將發(fā)生失穩(wěn)破壞,在工程中應對基礎進行重新設計[1416]。
7結論
1) 與不排水情況下軟黏土地基上基礎破壞包絡面相比,砂土地基上圓形淺基礎的破壞包絡面形狀有較大差異, 但VH和VM平面內的破壞包絡面形狀仍具有較好的歸一化特性,可用拋物線方程進行表達。
2) 在一定豎向荷載水平下,不同內摩擦角情況下的HM破壞包絡軌跡基本重合,形狀為具有一定偏心度的橢圓。
3) 根據計算結果,提出了砂土地基上圓形淺基礎三維破壞包絡面方程。經過初步驗證,該方程可以用來評價圓形淺基礎在共面復合加載條件下是否穩(wěn)定。
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關鍵詞:腦缺血;缺血再灌注;腫瘤壞死因子;三七總皂苷
中圖分類號:R743.31 R285.5 文獻標識碼:A 文章編號:1672-1349(2007)07-0597-03
在腦缺血再灌注損傷的重要機制之一――過度的炎癥反應中,腫瘤壞死因子(TNF-α)是主要的致炎因子。本實驗通過建立大鼠大腦中動脈阻塞模型(MCAO)腦缺血再灌注模型,觀察腦缺血后TNF-α的陽性表達以及三七總皂苷(sapomons ofpanax notogmseng,PNS)對其的影響,進一步了解PNS在腦缺血后炎性反應中的作用及意義。
1 材料與方法
1.1 材料 100只成年健康SD大鼠,體重260g~300g,由上海實驗動物中心提供。TNF-α免疫組化染色試劑盒(武漢博士德生物工程有限公司),三七總皂苷由黑龍江珍寶島制藥有限公司提供。
1.2 動物分組 100只成年健康SD大鼠隨機分成3組:假手術組(20只),缺血再灌組(40只),PNS治療組(40只)。缺血再灌組、PNS治療組大鼠均采用左側大腦中動脈線栓法建立局部短暫腦缺血模型,缺血1h后拔出線栓頸外動脈段即為再灌注開始時間;假手術組手術操作除不插入線栓外其他同缺血再灌組,PNS治療組大鼠在線栓堵塞大腦中動脈的同時腹腔內注射PNS(50mg/kg)。分別于術后6h,24h,48h,96h處死大鼠,斷頭取腦。取額極后部分腦組織行紅四氮唑(TTC)染色,出現白色梗死區(qū)者,為MCAO模型成功。
1.3 標本制作及檢測 取腦組織后每個取材點的后腦部分冷凍切片進行。TNF-α的免疫組化檢測采用SABC染色,觀測腦組織中微血管內皮細胞上的表達,免疫組化顯色顯微鏡下觀察著色呈棕褐色為陽性。
1.4 結果判定 腦缺血后皮層及紋狀體區(qū)對缺血最敏感,損傷較明顯,故著重觀察皮層及紋狀體區(qū)細胞變化。觀察切片中陽性細胞數目及染色深淺程度。陽性結果定量,采用微量計數法(10目鏡X40目鏡),以顯色陽性的細胞數/高倍視野表示,并用顯微鏡定量圖像分析儀進行分析。
1.5 統(tǒng)計學處理 應用SPSS 11.0軟件處理,計量數據以均數±標準差(x±s)表示,建立數據庫,采用方差分析及兩兩比較t檢驗。
2 結果
假手術組在大腦皮質和紋狀體等部位可觀察到TNF-α的弱陽性表達,說明正常情況下,腦內有少量的TNF-α表達,主要集中在神經元和微血管內皮細胞。缺血再灌組各時相點的TNF-α的表達較假手術組皆明顯增強(P
3 討論
近年來,TNF-α在腦缺血再灌注損傷過程中的作用越來越引起人們的關注。TNF-α是一種缺血性腦損傷關鍵性介質,在中樞神經系統(tǒng)神經組織內不僅星形細胞、血管內皮細胞和小膠質可產生TNF―d,神經元亦可產生TNF-α。TNF-α在腦缺血損傷中的作用也是雙重的,少量的TNF-α具有中樞保護作用,TNF-α誘導線粒體合成錳超氧歧化酶(Mn-SOD)等神經保護蛋白,也能誘導星形膠質表達生長因子。TNF-α可通過抗氧化途徑保護神經細胞,增強神經元在再灌注過程中抵抗氧自由基的損害。說明TNF-α在腦組織損傷恢復及神經保護方面具有重要意義。但過量TNF-α可通過不同的機制誘導神經細胞損傷。在本研究中采用免疫組織化學的方法觀察了腦缺血再灌注時TNF-α表達。結果顯示在假手術組皮層海馬區(qū)等部位可有少量TNF-α的表達,表明正常情況下腦內即有少量TNF-α的表達,自腦缺血再灌注6hTNF-α表達增強,陽性細胞數增加與假手術組比較有統(tǒng)計學意義(P