基于Drucker-Prager模型的振动压实有限元分析

为了进一步研究振动压路机压实特性及振动轮与土壤动态响应关系,运用ABAQUS建立了"振动轮-土壤"有限元模型,讨论了Mohr-Coulomb模型和线性Drucker-Prager模型间的关系及适用条件,分析了振动轮下土壤应力分布特性及土壤参数对振动轮动态响应的影响。结果表明:(1)Drucker-Prager模型较适合于对土体单元进行建模,但要满足内摩擦角≤22°的条件,当内摩擦角22°时应当用Mohr-Coulomb模型对土体建模分析;(2)土壤的竖向应力沿着振动轮轴向呈对称分布,在振动轮行进方向沿着前进方向偏移,并且随着深度的增加土壤的竖向应力急剧减小。在压路机合理的工况范围内,激振力和激振频率保持不变,振动轮加速度与压实遍数呈现正相关。     

动荷载下越江隧道结构与周边土体动力响应研究

以武汉市地铁2号线越江隧道为工程案列,建立二维离散元数值模型,以轨道、衬砌及周边岩土体为研究对象,从细观角度分析地铁运行对越江隧道稳定性的影响。研究表明,轨道的竖向位移随着列车速度的增大而减小;在衬砌内对称分布的颗粒体其竖向加速度波形线走势及振幅基本相同,衬砌整体变形以轨道中心线呈对称分布;隧道在拱顶处变形量最大,大位移颗粒区域范围达到2.36 m,隧道周边岩土体变形呈"锥形"分布。     

基于离散元法的振动压实成型机计量检定参数研究

振动压实成型机是公路工程路面基层材料压实度室内试验的主要仪器设备,对其计量检定参数进行有效的量值溯源是保证测试值可靠性的最重要因素。针对振动压实成型机振动频率、激振力与静压力三个参数对公路压实厚度是否具有影响及影响程度如何等问题,在所规定的级配类型范围中运用由不规则颗粒及颗粒接触界面所生成的离散元二维算法程序,对不同的振动频率、激振力与静压力等工况对压实厚度的影响规律及影响程度进行了分析,分析结果经试验验证得到了有效的证实。     

基于SmartRock传感器测试的沥青路面振动压实试验研究

通过现场试验测试沥青混合料在振动压路机压实荷载作用下的动态响应规律,可以更合理地为制定压实工艺提供技术参考.文中设计现场试验方案,利用SmartRock传感器测试沥青路面在振动压实过程中的加速度响应;通过建立沥青混合料颗粒加速度峰值与碾压遍数关系开展各面层碾压过程的对比分析.结果表明,沥青混合料集料颗粒竖向加速度与压实...     

膨胀土的二维膨胀各向异性试验研究

为给膨胀土地区结构物设计计算提供关键参数，研制了二维膨胀仪，选取广西百色中膨胀土和湖北枝江弱膨胀土，制备不同干密度状态的试样，分别开展了恒体积膨胀力、单向膨胀和二维膨胀试验，分析和表征了竖向和侧向膨胀的规律，并比较了两向膨胀的差异性；通过扫描电镜观察，分析了产生膨胀各向异性的原因。结果表明：恒体积条件下最终侧向与竖向膨胀力之比，以及单向膨胀条件下最终侧向与竖向膨胀率的比值，均会随压实度发生变化，干密度越大两向膨胀力(或膨胀率)的差异性越大；两向膨胀力随膨胀应变的变化均表现出前期快速衰减、后期缓慢衰减的趋势，可用幂函数表征，但拟合参数不同；在二维膨胀条件下，竖向膨胀会影响侧向膨胀，不同程度竖向膨胀后的侧向膨胀规律同样可用幂函数表征，拟合结果表明竖向膨胀会改变拟合参数导致曲线形态的改变，继而影响侧向膨胀力随侧向应变的衰减幅度。干密度增大致使黏土矿物片状颗粒整体更趋向于水平定向排列，这是造成膨胀各向异性的主要原因。膨胀过程中土颗粒的重分布会导致各向异性不断变化，故难以通过竖向膨胀力预测侧向膨胀力，在进行相关计算时建议实测侧向膨胀规律。     

软基上埋式箱涵土压力的离心模型试验研究

为考察软基上埋式箱涵受力特性,通过离心模型试验,研究了其竖向和侧向土压力、土压力系数随填土高度变化的规律及周围填土位移场的变化情况.试验结果表明,使用桩基的箱涵与两侧路堤产生了显著的差异沉降,并在涵洞处形成了驼峰;内外土柱差异沉降在路堤中形成了拱脚位于涵顶两侧的上凸压力拱,并使拱脚处竖向土压力集中,且竖向土压力系数随路堤填筑呈开口向下的抛物线分布,在某一涵顶路堤高度下达最大值;同时,随涵顶路堤填筑,涵洞侧向土压力和侧向土压力系数增加,由于涵侧路堤以沉降为主的位移模式与挡土墙后填土不同,涵洞侧向土压力小于现行规范值.软基上路堤、涵洞和地基的协同作用分析表明,传统的强涵基、弱地基的设计理念将使涵顶竖向土压力集中,并导致结构失效.为降低涵洞结构破坏风险,建议采用轻质填料填筑涵顶、涵洞反开挖施工和结构设计考虑涵顶竖向土压力集中等措施.     

加筋土挡墙变形和受力特性原位荷载试验研究

为了研究加筋土挡墙在路基面荷载作用下的受力和变形特征,通过拉拔与原位荷载试验,进行了加筋土墙体水平土压力、墙面水平变形及拉筋应力等分布规律的研究。结果表明:筋材应力沿其长度方向呈单峰值分布,峰值距墙面1.5 m处;加载初期墙面水平位移沿墙高呈反"S"形曲线分布,极值位于墙顶和中下部;路基面荷载作用主要影响挡墙上部土压力分布,相应的侧向附加土压力近似呈倒三角分布;由于加筋土的扩散、卸载成拱效应的影响,使得竖向附加土压力向下衰减比传统挡土墙更快。     

石笼挡墙在振压下破坏机理的颗粒流模拟研究

基于颗粒流离散元理论,对北京某山区公路采用的石笼挡墙建立PFC2D模型,研究墙背土压力的分布规律;在路面施工压实过程中石笼墙体的位移分布、破坏机理;模拟石笼挡墙的破坏过程和破坏方式,以及墙背土应力释放过程.通过模拟分析得出以下结论:颗粒流离散元程序可以用于模拟挡墙结构物,并特别适用与模拟钢丝网等柔性结构;路基加压前后土压力分布规律与理论值基本相符;在路基的振动压实过程中,左侧石笼网最先达到抗拉强度而破坏,墙体丧失整体稳定性而逐步塌陷,形成堆积体,在靠近挡墙2m范围内路面轻微塌陷,路基土在第一层石笼体位置以上浅层内形成滑动面.     

粉煤灰加筋土挡墙工作机理的离心模型试验研究

将能够完全满足模型相似律的离心模型试验方法应用于粉煤灰加筋挡墙研究中。试验基于整体刚性面层加筋土挡墙结构研究了粉煤灰加筋土挡墙的工作机理、筋材中的应变分布、粉煤灰加筋挡墙的变形。结果表明,加筋土挡墙所发生的侧向位移量远小于素土无加筋挡墙的位移量,且加筋层竖向间距越小,加筋层越密,相对侧向位移量越小,加筋效果越明显;因粉煤灰填筑密度较轻,加筋后的挡墙所发生的相对侧向位移量较小,说明加筋效果明显。     

高速列车荷载作用下锚固边坡动力响应特征

以具体工程实例为依托,采取动力有限元与无限元相结合的分析方法,建立锚固边坡振动模型,对列车长期高速振动荷载影响下边坡岩土体及其锚固结构的动力响应特征展开了研究。结果表明:竖向位移动力特征显示,在高速列车荷载作用下,边坡竖向位移及加速度的最大值发生在坡脚处,最小值发生在坡顶处,随着边坡高度增加,竖向位移逐渐降低,且预应力锚杆框架对列车振动引起边坡沉降起到了一定的控制作用;水平位移动力特征显示,随着边坡高度增加,无锚固边坡水平方向位移峰值逐渐增大,水平位移动力响应最大值出现在坡顶,而坡脚的水平位移最小;列车荷载持续作用下,边坡岩土体内振动荷载逐步向远端传播,边坡位移变化范围也逐渐开始扩大,位移量值也开始增大,坡脚至第二级中部位移量达到1mm;在列车荷载作用下,上排锚杆轴力呈波动缓降趋势,缓降幅度0.63%,下排锚杆轴力呈波动上升趋势,上升幅度0.55%;边坡底部动态响应最为明显,振动加速度增幅最大,速度增幅次之,位移变化幅值最小,表明边坡底部的动力响应敏感性要显著大于边坡其他部位,这在边坡设计、加固治理中应引起格外注意。     

荷载作用下沥青路面表面开裂的扩展

为了研究荷载作用下沥青路面表面开裂的机理,采用不规则颗粒及颗粒接触界面生成的二维算法子程序,在指定的级配类型范围内随机生成沥青路面仿真体,分别赋予级配碎石颗粒和沥青粘结体相应的材料参数,对刹车荷载作用下沥青路面开裂的细观响应进行了分析。数值模拟结果表明:表面裂纹是随机的产生、裂纹路径的扩展是非连续和跳跃式的,局部裂纹相互干涉最后形成贯通的裂缝微扩展带导致了路面的开裂损坏。模拟结果证明了开裂的非连续性。     

多孔贫混凝土排水基层材料室内成型方法的研究

为研究多孔贫混凝土排水基层材料合理成型方法,通过室内试验的对比以及室内与现场振动压路机的成型试件对比,确定室内成型宜采用上置式振动器,其次采用试件顶面加配重的振动台法。     

双频合成振动压实对多种材料的适应性研究

为了强化压实过程,提出了多频合成振动压实的方法。利用双频合成振动压实机,进行了多种被压实材料的压实适应性试验研究,结果表明:对于同一种材料和相同的压实遍数,与单一频率的振动压实方法相比,双频合成振动压实的压实效果较好;对粉土、黄土和级配土,双频合成振动压实具有良好的适应性。     

基于混合粒子群算法的土钉支护结构设计参数优化

在土层工程地质情况一定的条件下,如何寻找一组最佳设计参数,以达到既经济又安全的目的,是土钉支护设计的一个重要问题。这是一个复杂的优化设计问题。就此,提出基于混合粒子群优化(PSO)算法的基坑土钉支护优化设计方法,以单位长度土钉墙的土钉材料造价作为优化的目标函数。该方法保持了PSO算法结构简单的特点,改善了PSO算法的全局寻优能力,提高了算法的收敛速度和计算精度,不活动粒子的处理使算法避免了“早熟”现象的出现。工程实例计算表明,该方法是进行土钉支护结构优化设计的有效方法。     

双频合成振动压实试验研究

为了适应被压实材料的多样性和强化压实过程,提出了由两个或两个以上的简谐振动复合而成的多频合成振动压实方法,以双频合成振动压实为例,分析了双频合成振动的特点,给出了高频取45~65 Hz,低频应与路基压实的要求相适应的取值原则。设计制造了试验样机,对样机工作速度、功率和压实度等进行了测试,完成了性能试验研究。试验结果表明:样机工作性能稳定,与单频振动相比较,在双频振动的各工况下,都有较好的压实质量,证明双频振动压实比单频振动压实具有明显的优越性。     

基于Morgenstern-Price法和改进径向移动算法的边坡稳定性分析

为了能够准确确定边坡的非圆弧临界滑动面位置及其相应的安全系数,采用一种新的启发式优化算法——径向移动算法,对边坡进行稳定性分析。通过调整原算法中的数据结构,增强粒子的自反馈能力,提出改进径向移动算法（IRMO）。安全系数的求解采用严格的Morgenstern-Price法,应用Newton-Raphson法,建立了满足条间力平衡与力矩平衡的Morgenstern-Price法中安全系数F和条间力参数λ的迭代计算公式。基于Morgenstern-Price法,采用IRMO算法对边坡稳定性进行分析,通过2个典型边坡算例和1个复杂海堤边坡实例,从稳定性、精确性、计算效率等多个角度将IRMO算法与未改进的径向移动算法进行对比论证,同时将IRMO算法与粒子群算法、改进粒子群算法等其他算法进行对比分析。结果表明：相比未改进的径向移动算法,IRMO算法连续搜索20次临界滑动面的结果重叠度更高,证明IRMO算法稳定性更强,IRMO算法的安全系数值随代数收敛的速度更快,证明IRMO算法的计算效率更高;与粒子群算法、改进粒子群算法等启发式算法相比,IRMO算法搜索到的临界滑动面位置与其他算法一致,安全系数计算结果更接近裁判答案,标准差也最小,证明IRMO算法在边坡稳定性分析问题上更具可行性与优越性;通过海堤边坡实例的分析,IRMO算法得到了该边坡合理的安全系数值和临界滑动面位置,表明该算法能够正确评估边坡稳定程度,可以应用于实际工程中。     

土钉支护结构优化设计中的混合粒子群优化算法

为了在土钉支护设计中寻找一组最佳设计参数,以达到既经济又安全的目的,将混沌搜索的粒子群优化(PSO)算法应用到基坑土钉支护优化设计中,以单位长度土钉墙的土钉材料造价作为优化的目标函数。该方法保持了PSO算法结构简单的特点,改善了PSO算法的全局寻优能力,提高了算法的收敛速度和计算精度。同时,对不活动粒子的处理使算法避免了早熟现象的出现。工程实例计算表明:该方法是进行土钉支护结构优化设计的有效方法。     

混合变参数振动钻削纤维增强复合材料的研究

根据纤维增强复合材料钻削分层临界力及钻削轴向力的理论模型,提出了混合变参数振动钻削纤维增强复合材料的新工艺,并给出了该工艺的实现方法。对碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料进行了验证试验。根据钻削过程中不同阶段分层临界力的变化情况,实时地改变钻削参数和振动参数,在保证不出现钻削分层的前提下取得最佳的孔加工质量和生产效率,试验结果与理论分析吻合。     

改进粒子滤波算法在组合导航中的应用

为了提高组合导航定位系统的定位精度和可靠性,分别对扩展卡尔曼滤波(EKF)、粒子滤波(PF)和U卡尔曼滤波(UKF)3种算法进行了分析。通过分析3种算法各自的特点,将PF算法和UKF算法的优点相结合,提出了一种新的粒子滤波算法——U粒子滤波(UPF)算法,并将其应用于GPS/DR组合导航系统中。通过对UPF算法与PF算法在GPS/DR组合导航系统中的仿真研究比较,进一步证实了UPF算法的可行性及计算的精确性。     

水泥混凝土路面DBI施工缺陷的振动板修复方法

为修复水泥混凝土路面DBI施工对接缝部位混凝土产生的扰动破坏,在滑模摊铺机后部增设两块振动平板进行补振。根据振动传播理论,为保证混凝土中粗集料获得最佳振动,提出选用2 300~3 000次/min的振动频率。按有效振动液化原理提出了振动颗粒极限振幅的确定方法。从有效振动深度等边界条件提出振动电机偏心矩的确定方法。结合广东省粤赣高速公路某标段滑模摊铺施工,进行了振动板的实例设计,工程应用表明,振动板能有效消除接缝部位混凝土的缺陷,传力杆牢固可靠;路面平整度显著提高,平整度合格率达到91%以上,比没有加装振动板的标段高23%。