薄基岩采动岩体裂隙发育模型试验及颗粒流数值模拟

为了对薄基岩条件下煤矿安全开采做出评价,采用工程地质力学模型与数值模型的方法对某煤矿区典型薄基岩条件下开采进行模拟。结果显示采动诱发的导水裂隙带可以很快波及上覆含水层。导水裂隙带整体呈马鞍形,这与传统的“上三带”理论相吻合。首次采用颗粒流数值模拟方法进行模拟,结果与工程地质力学模型结果相似,验证了该数值模型的有效性。     

铁路隧道下穿公路受力分析研究

以山西中南部铁路上峪子隧道下穿S229省道工程实例为基础,研究了相关荷载的确定,以数值计算的方法确定结构截面及配筋。在此基础上,对各种埋深情况下公路车辆荷载传递到隧道结构的压力进行了计算和分析,研究了压力变化的规律。     

光爆层厚度对光面爆破效果影响的数值分析

采用动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,在周边眼间距E为500 mm时,对不同光爆层厚度W下泥质灰岩中爆炸应力波的传播规律进行数值模拟研究,得到不同光爆层厚度下岩石单元应力、节点振动速度的衰减规律以及与光爆层厚度的关系,分析光爆层厚度对光面爆破效果的影响.研究表明:当W≤400 mm时,巷道围岩受到的扰动强烈,在围岩远区容易产生裂隙,在近区出现超挖现象;当W=700 mm时,因应力波在相邻炮孔间不能有效迭加而无法形成贯通裂缝,由此导致光爆效果不佳而出现欠挖现象.根据本文的研究结果,在巷道爆破掘进中,当周边眼间距为500 mm时,光爆层厚度宜取W=500～600 mm,而炮眼密集度系数为0.8～1.0较合适.     

顺层岩质边坡变形破坏机理分析

目前,关于顺层岩质边坡失稳的研究多注重于力学模型和计算方法的建立,而忽视地形地貌、地层结构、微构造等因素对顺层岩质边坡变形破坏的影响。以道路工程砂、泥岩互层边坡失稳为例,综合考虑坡体结构、地层结构、微构造等多个因素,通过有限元数值模拟,对顺层岩质边坡的变形破坏机理进行研究,分析了多临空面组合、不等厚互层结构岩质边坡的变形破坏模式,并针对其变形破坏模式提出了相应的处治措施。     

降雨条件下含夹层公路边坡渗流特性分析

公路边坡中夹层渗透性相对强弱对其渗流场的影响极大。基于饱和-非饱和渗流计算理论,利用GEO-Studio有限元计算软件,计算了不同雨型降雨入渗下夹层渗透性相对强弱不同的公路边坡的基质吸力分布,揭示了其渗流演化规律。结果表明:(1)降雨初期基质吸力随时间逐渐减小,降雨后期,前峰型和中峰型降雨下基质吸力出现增加,降雨停止后各雨型下基质吸力均逐渐回升。(2)夹层渗透性相对强弱不同,各雨型降雨入渗下基质吸力演化规律也存在差异:基质吸力在夹层与覆盖层的界面处均呈现突变,在后峰型降雨下会出现局部饱和区域,但位置不同;夹层渗透性相对较弱时,覆盖层内的基质吸力在中峰、后峰和均匀型降雨的初期减小速度更快;基质吸力减小阶段前峰型和后峰型之间的基质吸力差异更小,但基质吸力回升阶段差异更大;夹层内基质吸力仅在前峰型和后峰型降雨下回升时存在较大差异。     

上拔、水平联合荷载对桩基承载性能影响的现场试验及数值模拟

通常桩基受力作用分别确定上拔、水平2个方向的承载力,不考虑其相互影响,不能准确反映桩基的真实受力状况。为研究桩基上拔、水平荷载的耦合作用对桩基上拔、水平向承载性能的影响,开展了大型现场试验及数值模拟研究。研究结果表明：上拔、水平联合荷载对桩基承载性能的影响与上拔、水平向荷载的比例有较大关系,当该比例小于2时,联合荷载作用对桩基水平承载能力影响较小,不小于2时,桩基的水平承载能力明显被削弱,且被削弱的程度随着该比例的增大而提高;联合荷载下桩基的上拔荷载位移曲线与单独上拔时基本重合,但在加载比例较小时,桩基在水平方向会先达到破坏标准,从而导致桩基上拔承载能力不能充分发挥。联合荷载下,水平承载能力被削弱的原因在于桩基带动桩周土体的一起上拔导致了地基土抗力系数比例系数的减小和桩身弯矩的增大;联合荷载下,由于水平荷载的作用,桩基上部受压侧竖直方向的土压力会由于土体被挤密而变大,上部受拉侧土压力则会由于桩与土的分离而变小;桩基下部则由于桩基的刚性转动表现出相反的趋势;联合荷载下桩基破坏时,破坏区域的土体裂缝呈扇形分布,其分布形式、范围及破坏机理均与单独上拔、水平荷载时有较大差别。总体来说,联合荷载对桩基承载性能的影响是客观存在且不可忽视的。     

桥梁冲击系数理论研究和应用进展

为推动桥梁冲击系数理论和应用研究的进一步深入开展,从计算方法、理论与数值模拟、现场试验与测试3个方面系统梳理国内外公路、城市和铁路桥梁工程领域冲击系数（或动力系数）的研究进展,并探讨其不足和发展趋势。计算方法方面,从桥梁冲击系数的定义出发,详细阐述典型国家最新规范冲击系数表达式;理论与数值模拟方面,分析了车辆参数、桥梁参数、桥面不平整度（或轨道不平顺）等对桥梁冲击系数的影响;现场试验与测试方面,分别综述了冲击系数的测试方法、数据处理手段及相关试验研究成果。研究表明：各国公路与铁路桥梁规范的冲击系数（动力系数）多由试验统计回归得到,但计算公式各不相同,公路桥梁冲击系数表达式较为简洁,铁路桥梁冲击系数计算公式较为复杂;有限元技术以及车-桥耦合振动理论的发展使得结构动力响应的数值模拟和求解更加精确化和高效化;中小跨径桥梁的整体冲击系数及大跨径桥梁中吊杆、拉索等局部构件的冲击系数是研究重点;影响冲击系数的各因素之间存在交叉影响,需要对不同结构、不同效应及不同截面的冲击系数进行现场试验测试和概率统计分析;设计规范中的冲击系数值不宜作为实际桥梁动力使用性能的直接评价指标;需要建立冲击系数试验分析技术的标准;非接触、抗干扰、高精度是今后冲击系数测试技术的发展方向。     

基于环向裂纹法的气垫平台破冰载荷数值模拟

气垫船因其独特的船体构造能适应冰面、水面、陆地等多种环境,也可以很好地完成运送物资、救援、破冰等任务.设计气垫破冰船或者破冰平台时,冰载荷预报对于总体和船身结构安全十分重要.本文利用理想化破冰假设,基于环向裂纹法求解气垫平台在低速下在全冰面上破冰过程中所受的冰力;基于直径为50 m的气垫平台在不同气垫压力的情况下进行破冰过程的数值模拟,得到了在低速下不同气垫压力大小时的冰力时历图.通过分析冰力时历图,可认为气垫压力会通过影响气腔高度以及气腔扩散半径来影响气垫平台低速破冰时的冰力,且当气腔扩散半径等于冰碎裂半径时,冰力达到最小值.     

基于柔性杆理论的脐带缆涡激振动数值模拟系统

针对目前海洋脐带缆分析软件缺乏的状况,本文基于MATLAB开发了脐带缆涡激振动数值模拟系统UCVIV-1.0.由于脐带缆的大变形和大转角会产生显著的几何非线性,脐带缆的静态平衡位形和整体力学响应计算采用了细长柔性杆模型,采用尾流振子模型模拟海流作用下的涡激力.该系统界面清晰友好,操作简单,适用于悬链线型脐带缆.选取了一组脐带缆参数,使用该系统进行了静力计算以及涡激振动计算;并将静力结果与采用国外商业软件OrcaFlex计算的结果进行了比对,发现结果吻合程度较高,在一定程度上验证了系统的可行性和准确性.本系统有望为脐带缆设计软件的开发提供借鉴.     

一种含内部结构的水下圆柱壳振动声辐射计算方法

为解决含内部结构的水下圆柱壳振动声辐射快速预报问题,提出一种解析-数值混合方法.将整个结构分为水下圆柱壳和内部结构两部分,采用轴对称边界元法得到圆柱壳表面声阻抗,结合Flügge壳体理论,建立水下圆柱壳的数理模型;采用有限元法建立内部结构的动力学模型.根据圆柱壳与内部结构接触点的位移协调和内力平衡条件,建立整个结构的动力学方程,求解方程得到壳体表面振动速度,再采用边界元法得到声场中任意一点的辐射声压.通过与数值软件计算结果对比,验证了本文方法的正确性.本文方法在改变内部结构进行多方案对比分析时具有显著的计算速度优势.