沥青路面三点弯曲试验的离散元模拟

为了深入研究半刚性基层沥青路面结构开裂破坏时的层底应力变化和裂纹扩展规律,从细观结构角度出发,基于离散元方法编写了PFC2D程序。程序中使用"Cluster"理论将以矩阵规则排列的单元颗粒进行随机的聚粒操作,这些单元颗粒聚粒组合在一起用来模拟集料,其余没有聚粒组合在一起的单元颗粒则用来模拟沥青砂浆或水泥胶浆,随后随机删除部分单元颗粒以模拟结构的空隙率,从而建立了半刚性基层沥青路面结构的二维数值模型。对模型进行三点弯曲试验数值模拟,同时在模型底部设置测量圆,监测模型底部的应力和裂纹扩展情况。然后在试验室成型相同尺寸和结构的小梁试件,进行室内对比试验,获得了室内试验的实测数据,将数值模拟结果与实验室试验结果进行了对比分析。研究结果表明:用离散元PFC2D程序建立的二维模型可以很好地模拟半刚性基层沥青路面结构三点弯曲试验,其模拟结果与实验室室内试验结果具有较好的相关性,且试验规律一致,为半刚性基层沥青路面的微观结构研究奠定了基础;二维离散元模型很好地监测了微裂纹的产生和扩展情况,弥补了室内试验仅仅依靠肉眼观测的不足,为研究半刚性基层沥青路面结构开裂时的层底应力变化和裂纹发展规律提供了辅助手段。     

基于抗拔桩承载力试验的隧道底板-桩-土共同作用数值分析

以广佛肇高速公路白石隧道敞开段抗浮设计为背景,通过抗拔桩承载力试验,研究抗拔桩单桩承载特性。建立桩-土数值计算模型,并将计算结果与试验结果进行对比,结果表明:数值计算时所建立的数值模型与选取的相关物理力学参数是合理可靠的。另外,建立隧道底板-桩-土数值分析模型,模拟三者共同作用下隧道底板、抗拔桩的内力与变形特征,以期为同类工程设计提供参考和理论依据。     

泥岩-土混合料直剪试验的PFC2D模拟研究

采用PFC2D程序对泥岩-土混合料试样的室内直剪试验进行了仿真模拟,将模拟结果与室内试验结果进行了比较,得出PFC2D方法可以较好地模拟出这种特殊的散体材料的直剪特性。通过改变PFC2D颗粒的细观参数得到泥岩-土混合料试样的不同直剪强度,其结果对于研究这种特殊路基填料的力学特性以及采用仿真模拟取代室内常规直剪试验有一定的应用价值。     

某皮卡车排挡杆共振问题仿真研究

应用LMS Test Lab测试软件对某皮卡车排挡杆进行模态测试分析及计算,通过数值仿真模拟排挡杆实际约束工况。通过试验进行结构特性参数的选取,为数值建模做准备。模拟排挡杆实际约束工作工况,计算排挡杆在此工况下的约束模态,进行约束模态数值仿真结果与实际工况测试结果对比,对排挡杆的结构及特性参数进行调整,发挥仿真的指导作用,为排挡杆共振问题的解决提出可行建议。     

基于离散单元法的沥青马蹄脂模型细观参数确定

采用离散元软件PFC对沥青马蹄脂的细观力学行为进行模拟,其中数值模型细观参数的确定是国内外研究学者公认的难题。为了解决这一难题,PFC程序采用伯格斯粘弹性模型模拟沥青马蹄脂的细观接触,并通过伯格斯模型本构行为方程推导模型参数与细观参数之间关系,然后通过室内试验将代表材料性质的宏观参数转化成细观参数,并给出具体的表达式,避免使用模型参数试算的方法,从而直接确定PFC接触模型参数。     

基于大数据的盾构掘进与地质关联关系分析方法

为解决盾构掘进参数设定主要依赖盾构司机的经验，且掘进过程中影响因素较多，很难做到掘进参数与地质参数有效关联的问题，依托盾构TBM大数据平台的海量数据，通过施工经验对关联掘进与地质的参数进行选取和分类，并确定关联参数的范围。通过参数范围界定、数据连续性分析和数据频次统计等方式进行数据的初步清洗；通过提取变量的数字特征建立分布统计算法模型库的方式，对数据库中的数据实时处理，去除异常数据并确定经验区间的频数分布；通过对各关联参数的组合检索，进行关联参数的可视化分析，得到不同盾构在各类地质中主要掘进参数（如刀盘转速、刀盘转矩、掘进速度、油缸推力等）的经验区间和关联关系。将该关联分析方法部署在盾构TBM大数据平台，经过长时间的应用和现场反馈，验证了该方法的适用性和有效性，对盾构施工及盾构选型具有积极的指导作用。     

无信号交叉口仿真模型参数标定优化与验证

为优化与验证微观交通仿真模型的微观参数标定方法,结合已有研究针对仿真模型全局参数与局部参数的讨论及对标定结果不同取值方式进行交叉组合,形成4种新的微观仿真模型参数标定方法,并选取等权无信号交叉口作为仿真场景进行分析验证。基于VISSIM仿真平台建立微观仿真模型,以通行能力作为校核指标,敏感性分析选取6个对校核指标影响较大的微观仿真模型参数作为局部参数标定对象,并通过遗传算法进行优化迭代。选取偏差在4%以内的参数组合方案作为标定结果取值分析对象,针对标定结果聚类递归取值选取分散度作为描述参数集中程度的指标。实测交叉口交通数据进行交叉验证试验,对比了4种参数标定方法模拟校核指标的精度,分析了不同全局参数标定方法以及标定结果不同取值方式对微观参数最终标定结果的影响。结果表明:工程实测获取全局参数标定的仿真模型更符合城市车辆实际运行特性,标定结果聚类递归取值能有效提升模型参数标定结果的可移植性;实测全局参数结合聚类递归获取局部参数的方法最为有效,可作为微观交通仿真模型参数标定方法优化研究方向,且为无信号交叉口微观交通仿真模型构建提供基础标定参数。     

长短组合桩工程特性的数值模拟研究

以江苏省常州市某拟建新厂区软弱地基上的长短桩复合地基为背景,在现场单桩静载试验的基础上,运用ABAQUS有限元软件对长短桩复合地基的承载性能进行了数值模拟,并将现场试验和数值模拟结果进行对比。结果表明:数值模拟结果与现场单桩静载试验结果十分接近,验证了ABAQUS建模的合理性和可行性。     

砾石隧道潜盾开挖之颗粒力学数值模拟探讨

砾石材料组成与强度具高度异质性,受力常见分离破坏,重新堆栈后又可回复部分强度,以连体力学模式难以有效描述其行为。研究以颗粒学理论为基础发展的颗粒流数值软件PFC2D建立数值模型,透过仿真现地直剪试验结果,校正颗粒间之颗粒参数,并以颗粒参数转换试验克服尺寸效应对颗粒力学模式的影响,获得具代表性颗粒参数模拟现地开挖,探讨潜盾开挖引致砾石层之沉陷特性。研究结果显示利用颗粒力学数值模拟技术,能更有效模拟砾石层特殊地工特性的隧道行为。     

新疆伊犁河大桥大型群桩基础试验与数值研究

依托新疆伊犁河大桥,基于其单桩静载自平衡试验结果,通过单桩有限元数值模拟与静载试验反演分析,确定土性参数,对大桥施工阶段群桩承载性状作了现场监测,并用ANSYS对承台群桩基础与土体共同作用进行三维弹塑性有限元分析,数值模拟所得群桩中各单桩桩顶和桩底反力与现场监测成果较一致。在用静载试验和现场监测成果验证数值分析的正确性下,用数值分析对群桩在各荷载工况下的单桩反力分布情况、承载变形曲线作了深入分析。结果表明,群桩基础受力处于合理的范围,几乎无不均匀沉降,基础下不同部位桩的受力随上部荷载的增加而有所调整,但最大与最小轴力差相对变化不大。所得结果可为类似的设计工作提供可靠的理论依据和参考。     

高速铁路填方路基粗粒土细观力学性质的离散元模拟

基于离散元方法,建立一个表征填方路基粗粒土细观力学性质的颗粒流模型。同时,利用三维颗粒流程序PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,真实地模拟了粗粒土的颗粒级配曲线。通过大量的颗粒流数值模拟试验,准确地标定了表征粗粒土细观力学性质的相关细观参数。计算结果表明:离散元模拟结果和室内土工试验结果基本一致,粗粒土呈现出较大的体缩和体胀性,同时分别对比了不同围压下,路基粗粒土离散元模拟与室内三轴试验下的应力-应变曲线,其变化规律基本一致。     

基于ABAQUS的凉水井滑坡稳定性分析

利用大型有限元软件 ABAQUS 对凉水井滑坡段进行了数值模拟分析,通过应力应变场的云图分析,确定边坡的最危险潜在滑动面。依据强度折减法的原理,利用ABAQUS定义场变量为强度折减系数值,通过改变场变量实现摩擦角和粘聚力的折减,得出边坡稳定性安全系数,并对滑坡的整治措施提出建议。     

砂土地层中隧道施工引起土层沉降的颗粒流模拟研究

为研究隧道施工条件下土层的沉降规律,利用离散元软件PFC2D,建立隧道-土体颗粒流数值模型,模拟砂土地层隧道施工过程中的土层沉降。研究结果表明： 通过设计,颗粒流方法可有效模拟隧道施工的开挖问题;土拱效应的发挥程度与地层损失率成正比,同时土层剪应变率呈现由隧道中轴线向两侧逐渐减小、由深层向浅层逐渐展开的分布规律。分析结果可为工程实践中分析砂土地层隧道施工引起的土体沉降规律提供理论依据。     

黄土地区摩擦桩基承载力现场试验及数值分析

针对黄土地区摩擦桩基极限承载力的确定,分别进行静载试验及数值分析,计算得出桩顶沉降值、极限承载力、桩身轴力、桩侧摩阻力、荷载分担比等参数的分布情况。数值分析与现场试验对比结果表明:两种方法在达到预估最大加载量时,桩顶沉降值误差仅为3.34%,桩端荷载分担比仅相差0.07%;确定的极限承载力误差为0.01%;数值分析所得桩身轴力和桩侧摩阻力分布规律与现场实际情况吻合良好。证明所采用的数值分析方法较为贴近工程实际,验证了方法的可靠性。     

基于离散元法的GTM沥青混合料设计参数研究

运用离散元理论,对GTM法设计的混合料旋转剪切过程中的设计参数:旋转稳定值GSI与旋转剪切系数GSF进行了数值模拟分析。分析过程中,模拟了GTM试验模型沥青混合料的工作状态,获得了GTM法混合料变形与应力场,验证了试验结果的正确性,最后综合试验数值模拟结果提出了GTM混合料设计参数合理取值范围:GSI≤1.05,GSF≥1.3。     

级配碎石直剪试验的细观分析

基于颗粒流理论及其PFC2D程序,在细观层次上从数值分析角度研究了碎石的直剪试验,从而揭示了其抗剪强度和变形机理。研究中针对碎石提出了一种随机计算模型,并给出了随机模型的实现方法,同时对该随机模型的算法可靠性进行了验证。文中探讨了在直接剪切试验中碎石的抗剪强度随位移的变化以及最大粒径、竖向压力对其影响,并从细观力学的角度上描述了直剪试验过程中颗粒的运动机理。直剪试验过程中的碎石细观结构变化的颗粒流仿真,是关于碎石细观力学特征与宏观力学响应相关联的初步研究。     

基于PFC3D仿真重演的加载及卸载岩爆破坏特征研究

以兰-海高速公路桐梓隧道灰岩为研究对象，进行室内力学试验，并基于三维颗粒流程序PFC（particle flow code）进行加载和卸载岩爆试验数值模拟，得出不同应力状态下岩样的细观破坏特征。研究结果表明： 1）加载试验中岩石应力变化、颗粒位移、黏结破坏特征及能量变化情况均表现出3个阶段，即弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。2）岩石加载强度随着初始应力的增大而增大，岩石储存的极限应变也随之增大。3）应力越大，卸载试验岩爆倾向及强度越大，这是由于岩石破坏时应力由卸载面转移到内部，导致岩石内部应力集中；在其他条件不变的情况下，初始应力越大卸载岩爆强度越大，径向应力增大对硐室围岩稳定性有着更不利的影响。4）岩石加载和卸载条件下岩石的破坏具有较大区别。     

环境变化下基于核典型相关分析与协整的损伤识别方法

采用传统协整方法进行损伤识别时，需要变量间满足较好的线性关系，而实际工程中监测变量往往存在一定程度的非线性，这使得协整方法的有效性受到影响。为此，提出一种结合核典型相关分析与协整的损伤识别方法。首先利用核典型相关分析能有效处理非线性相关变量的优点，将低维空间存在非线性关系的监测变量映射到高维空间，使其转化为线性相关的核典型变量。然后利用协整方法能够消除变量间共同趋势的特点，对核典型变量间的共同环境因素影响进行分离，并以分离环境因素影响后的协整残差作为损伤指标进行损伤识别。最后通过芬兰Kullaa课题组的木桁架桥试验数据，对协整方法、结合典型相关分析与协整的方法、核典型相关分析和协整相结合方法这3种方法的损伤识别结果进行比较。研究结果表明：在分析非线性数据方面，核典型相关分析要优于典型相关分析；前2种方法受监测变量数目的影响较大，选择不同数目的监测变量将得到不同的识别结果，而该方法对监测变量数目不敏感；且在损伤识别的漏判率方面该方法明显优于其他2种方法。     

颗粒长短轴比对饱和砂土液化影响的离散元分析

运用基于离散元方法的颗粒流软件（PFC）进行了不同长短轴比颗粒组成的饱和砂土试样在不排水条件下的循环剪切试验模拟,研究了颗粒长短轴比对砂土液化的影响。结果表明:颗粒长短轴比通过影响砂土试样的接触数量,进而影响砂土的抗液化强度与液化前后应变幅值,并且这种影响具有区间效应,长短轴比值为1.6时颗粒接触数量最大,抗液化强度最高,剪应变幅值最小。