落石冲击力计算方法的试验研究

为了探索明洞落石冲击后产生的附加荷载对结构物的影响，针对我国的工程实际，以若干单一化条件为基础，采用小比尺的模拟棚式明洞，通过重锤自由下落到土槽的实验方法，找出落石对具有不同厚度填土缓冲层的明洞产生冲击力的变化规律，提出了计算落石冲击力的实验式，为工程设计提供基本依据。     

基于离散元方法的落石冲击力变化规律研究

采用PFC 2D离散元软件模拟落石冲击铁路棚洞现场试验,从落石冲击力大小、冲击作用时间2方面将数值计算结果与试验结果进行对比分析,验证了数值模拟计算结果与试验结果基本一致。对不同半径、不同密度的落石冲击作用进行了数值模拟,发现在冲击能量相同的情况下,同一密度而半径小或者相同半径而密度小的落石冲击力更大;落石回弹加速度在相同高度的条件下也遵循同一密度而半径小或者相同半径而密度小的落石回弹加速度更大的规律。     

基于落石模型试验的棚洞垫层力学响应及优化设计

结合边坡落石灾害现状,基于落石模型试验,系统分析落石质量、下落高度、垫层厚度、加筋位置、加筋材料等因素对落石冲击力及其动态演化的影响,揭示落石冲击棚洞的动力响应规律,结合垫层自重与落石冲击作用双因素影响确定垫层最优厚度,并对垫层设计提出优化建议。结果表明：随着垫层厚度增加,棚洞所受落石冲击力呈非线性减小,减小幅度先大后小而后趋于稳定;在同一垫层厚度下,棚洞所受落石冲击力随落石高度和落石质量近似呈线性增大;当复合垫层设计为“5 cm河砂+聚苯乙烯泡沫(EPS)+10 cm河砂”时,落石中心处土压力峰值相较于纯河砂垫层降低约60%,缓冲耗能效果最佳;通过多元回归分析得到了落石冲击力计算公式,且计算结果与实验数据吻合良好。     

橡胶缓冲垫层保护下棚洞结构落石冲击力学响应研究

采用以橡胶为原料的废弃轮胎作为垫层材料,利用有限元软件建立落石冲击棚洞结构模型,研究落石冲击速度、橡胶缓冲垫层厚度对棚洞结构最大等效应力、结构动能、节点位移等的影响。结果表明:在竖向落石冲击作用下,棚洞结构中间跨的横梁端部为受力不利位置;落石的冲击速度越高、橡胶缓冲垫层越厚,橡胶垫层的缓冲作用越显著;在冲击荷载作用下,棚洞结构横梁下部会承受较大的拉应力,应加强横梁底部的钢筋布置。     

基于正交设计的水泥基注浆材料配比试验研究

应用正交设计方法,以水料比、硫铝酸盐水泥掺量、硅灰掺量定为3个因素,每个因素设置了3个影响水平,按照正交表共计设计9组配比方案,并经由试验得到不同配比下注浆材料的出机流动度、90 min流动度、12 h抗压强度、1 d抗压强度、28 d抗压强度。采用极差分析,确定各影响因素敏感性,绘制直观分析图反映各因素对注浆材料流动度、抗压强度的影响,分析了各因素对注浆材料性能的影响规律。试验结果表明:当水料比为0.19,硫铝酸盐水泥掺量为13%,硅灰掺量为7%时水泥基注浆材料浆体出机流动度为385 mm,90 min流动度为350 mm,12 h抗压强度为4.8 MPa,1 d抗压强度为23.3 MPa,28 d抗压强度为86.9 MPa,均满足技术要求。     

岩体相似材料正交设计试验研究

为研制出物理力学参数可调范围较大的岩体相似材料,利用正交试验设计方法,以重晶石粉、铁精粉和石英砂为骨料,石膏和水泥为胶结剂,甘油为调节剂设计多组试验,并通过线性回归和方差分析研究该相似材料物理力学参数与影响因素之间的定量关系及各因素对参数影响的显著性。研究结果表明:不同配比相似材料的物理力学参数具有较大的取值范围,能够满足大部分岩质模型试验对岩体相似材料的要求;线性回归分析量化了相似材料物理力学参数与影响因素之间的关系,据此能够计算出各因素的量值;胶结剂含量对相似材料的密度、黏聚力和内摩擦角影响显著,甘油含量对相似材料的抗压强度和弹性模量影响显著,各影响因素对相似材料的抗拉强度和泊松比影响均不显著。该研究对采用浇筑方式制作试验模型的岩体相似材料的研制具有重要的参考价值。     

基于正交试验设计的群桩承台参数分析

为揭示大型群桩承台的传力模式及主要影响参数,建立群桩承台的有限元模型,通过分析最大压应力的传递路径,揭示群桩承台在柱下一定区域范围内存在空间桁架传力结构。借鉴统计学的正交试验设计方法,建立L25(56)正交试验表,分析混凝土强度、承台厚度、配筋率、桩间距、桩径等因素对承台承载力、桩顶内力以及承台沉降量的影响,量化各因素的影响大小。分析表明:群桩承台均存在空间桁架区域和非桁架构造区域,对于单柱结构,桁架区域成近似圆形。钢筋配筋率和承台厚度对承台承载力有显著影响;对于中心桩桩顶内力,承台厚度对中心桩桩顶内力有高度显著影响;对于承台沉降量指标,桩径、厚度及配筋率3个因素为高度显著影响因素。文章研究成果对群桩承台的设计具有一定的参考价值。     

泥石流龙头对坝体冲击力的试验研究

在泥石流所来的诸多灾害中，泥石流龙头冲击建筑物造成的危害是非常突出的，本研究是在总结前人经验的基础上进行的稳定性均颗粒水石相流龙头冲击坝体的水槽试验研究。分析了冲击荷载峰值的构成情况，运用压力波理论结合颗粒流的应力关系建立了龙头冲击力的计算办法，并对概化后的龙头计算其在冲击坝体时的作用力垂向分布。     

轨道垫层振动特性的试验研究

城市轨道交通对振动噪声问题有较高的要求。WJ-2型扣件的轨下刚度较大，为了降低轨下和铁垫板下垫层刚度，采用了弹性橡胶垫层。在实验室和现场对弹性垫层的减振和隔振性能进行了试验，得出在保证轨道结构稳定的前提下，将轨下垫刚度降低至25～30kN/mm，铁垫板下垫层刚度降低至200～250kN/mm，则可降低高架桥桥面的振动能量达60%以上，从而达到降噪和减小轨道结构动力作用的目的。     

基于落石计算的半刚性拦石墙设计

为克服传统刚性拦石墙截面大、场地适宜性差、抗冲击能力有限的不足，提出一种半刚性拦石墙结构。该结构以桩板体系为主要受力构件，背后填筑缓冲土堤，在有效增强结构抗冲击力能力的同时，保证结构体系布设的灵活性和场地的适宜性。半刚性拦石墙的布设应在对陡崖沿线所有代表性剖面落石运动路径预测和弹跳高度计算的基础上，结合现场地形情况，优选坡度缓、落石弹跳高度小、运动速度小、远离被保护对象的位置，其走向延伸长度选取保护区段长度加5～10m长的安全储备，有效拦截高度选取走向沿线各计算剖面落石最大弹跳高度加1m高的安全储备。改进了落石冲击力计算方法，并以落石对缓冲土堤的冲击力和土压力为荷载依据进行半刚桂拦石墙的结构设计。     

基于正交试验设计的深基坑岩土力学参数反分析

运用正交试验设计确定了待反演的深基坑岩土力学参数,根据分析确定通过观测点竖向位移来反演土体参数E。按深基坑开挖实际情况,运用有限元方法结合人工神经网络进行力学参数反分析。在网络训练中,提出了一种PSO融合BP的算法。实例证明,通过竖向位移来反演参数E是合理的,采用PSO-BP方法提高了人工神经网络训练速度,收敛更快,其反演结果准确。     

基于正交试验的盾构施工渣土改良研究

研究目的:我国东南沿海地区盾构施工过程中常常会出现全风化花岗岩地层,盾构在该地层中推进时可能会出现刀具磨损、刀盘结泥饼和螺旋输送机口堵塞等问题,因此必须对其进行改良.其次,盾构机推进速度对泡沫改良效果影响较大,该方面尚未形成简单易行的研究方法及结论.基于此,本文以福州地铁4号线某盾构区间全风化花岗岩地层为背景,采用正交...     

落石运动过程偏移与随机特性的试验研究

通过112块不同形状、不同质量的落石现场滚落试验,发现落石形状、质量和运动模式对落石偏移比有显著影响.落石越接近球形、质量越大、运动模式越单一,其偏移比越小,反之则会出现较大的偏移比和横向威胁范围;试验中绝大部分落石的偏移比大于0.1,但均在0.3以内.鉴于此,建议在实际落石防护工程设计中落石偏移比取0.3,以控制落石横向威胁范围;或依据落石灾害危险性评价结果和可接受风险水平确定落石偏移比的取值.通过9块试验条件近似的落石试验表明,落石运动过程充满随机性,在落石运动路径计算方法中应考虑落石运动过程随机特性的影响,这对于落石灾害威胁区域的划定和被动防治系统的布置非常重要.     

温度对弹性垫层刚度影响的试验研究

由于我国地域广阔,南北方温差较大,研究无砟轨道用弹性垫层刚度随温度变化的规律,可为提高我国高速铁路无砟轨道列车的乘坐舒适性提供一定的科学依据。本文以我国高速铁路无砟轨道采用较多的WJ-7型扣件、WJ-8型扣件弹性垫层刚度作为研究对象,通过室内试验较为系统地研究了环境温度在-40℃～+50℃变化时,弹性垫层静刚度和动刚度的变化规律。试验结果表明,两种类型扣件的弹性垫层刚度均随环境温度的升高而减小,环境温度在-20℃～+50℃之间变化对弹性垫层刚度的影响较小,而环境温度在-40℃～-20℃范围内变化对弹性垫层刚度的影响较为显著。     

基于正交试验的软弱土质相似材料配比研究

基于正交试验设计方法,以骨胶比、洗膏比、重晶石粉掺量、膨润土掺量、含水量为因素,对软弱土质相似材料进行配比试验。每种因素设置5个水平,设计25组材料配比,获得不同配比相似材料的密度、黏聚力和内摩擦角等指标。采用极差分析法分析各因素的敏感性,研究各因素对相似材料参数的影响规律。研究结果表明:不同配比的相似材料各参数指标分布范围较大,能够满足大部分土质材料模型试验的要求;膨润土掺量对相似材料密度起主要控制作用,含水量和洗膏比对密度有明显影响;骨胶比对黏聚力影响最大,膨润土掺量和含水量的影响次之;膨润土掺量、含水量、重晶石粉掺量均对内摩擦角有较大影响;相似材料黏聚力随膨润土掺量的增大而增大,内摩擦角随重晶石粉掺量、膨润土掺量、含水量的增大而减小。试验结果可为类似模型试验土质相似材料的配制提供参考。     

基于正交试验的立体交叉隧道施工影响因素研究

通过既有隧道研究成果的归纳分析,重点对6种非支护因素开展研究,运用正交试验设计原理,设计了16种实验工况,并进行了数值建模分析,进一步通过对交叉点位置新建隧道开挖前后既有隧道的拱顶下沉、喷层轴力和二次衬砌应力的极差分析,探讨不同因素对立体交叉隧道施工的影响显著程度。研究结果表明:围岩条件、交叉角度和净距分别是影响立体交叉隧道施工的重要因素,且实例证明其与实际结果相符,可作为工程设计和施工的重要依据。     

基于正交试验设计的路堤下地基沉降影响因素显著性分析

为研究路堤下地基沉降影响因素的显著性,采用等水平正交表进行正交试验设计,建立了地基沉降理想弹塑性有限元分析模型,通过计算路堤填土重力作用下的地基沉降及塑性变形,分析了在高低两种地基土强度条件下地基土的变形模量、内摩擦角、黏聚力、重度和路堤高度、填土变形模量、填土重度7种因素对地基沉降影响的主次关系。分析结果表明:对地基沉降影响最为显著的因素是地基土变形模量和路堤高度;随着地基土强度的降低,地基土的塑性变形增加明显,地基土内摩擦角对地基沉降的影响程度凸显,其显著性明显超过路堤填土重度与地基土黏聚力;对地基土的塑性变形而言,地基土内摩擦角的显著性大于地基土变形模量、路堤高度等因素,影响程度最为显著。研究成果可为地基沉降分析与工后沉降控制提供参考。     

基于正交试验的盾构刀具磨损分析

刀具磨损检测是盾构在复合地层施工中的一个重要研究课题。针对在盾构掘进时刀盘外圈刀具的磨损检测问题,采用正交试验法对掘进参数分析刀具磨损的方法进行了改进,建立了刀具磨损量计算的新模型。分析了掘进过程中总推力、刀盘转速、泡沫注入量对刀具磨损量的影响度,并对计算模型进行了显著性检验。最后,利用盾构施工实测数据对该计算模型进行了验证。研究结果表明,该模型计算的刀具磨损的检测结果与实际换刀是吻合的,并且可以对掘进参数的设置进行指导,以提高掘进效率。     

基于正交试验法的弓网动态性能优化研究

以跨距为50 m的高速铁路弹性链形悬挂接触网和时速350 km运行状态下的DSA380受电弓为研究对象,基于Ansys建立弓网动态仿真模型,利用正交试验法确定接触网参数多因素多水平交互作用组合,比较不同接触网参数组合下的弓网动态性能指标,对接触网参数敏感性进行排序,得到最优接触网参数组合。仿真结果表明采用正交试验法进行弓网动态性能优化是可行的。     

不同结构面落石对坡面冲击的动力响应研究

研究目的:随着高速铁路网加密,线路穿高山越峡谷已成为常态,时常面临危岩体威胁施工和运营安全。由于落石灾害所特有的高速运动冲击能量和多发性,受不同地质营力产生的崩塌落石影响各异,因此,亟需开展不同结构面落石的影响研究。本文以西南某在建铁路斜坡为原型,建立试验模型,沿坡面布置加速度传感器,通过不同结构面不同形态的危岩体对坡面的碰撞试验,分析坡面不同位置的加速度响应的时程和频谱特性,进而得出不同结构面危岩落石对坡面冲击的不同作用影响。研究结论:(1)不同结构面天然块石从无初速度释放,在坡上的运动方式主要为滚动～跳跃式,停留和滚出集中于平台44～88 cm之间;(2)在离坡脚最远的平台1#测点虽然峰值较高但是同样衰减也较快,坡脚测点为加速度响应持续时间最长、衰减较为缓慢的区域,为受撞击的薄弱点,当坡脚有构筑物时,尤其要加强防治危岩落石,减少对坡脚的冲击作用,进而减少对构筑物的影响;(3)滚石对坡面撞击形成的加速度波为低频波,试块A能量占比超过95%,主振频带为第一频带(0～6.25 Hz);(4)本研究成果可为西部山区高陡边坡的落石影响区线路设计提供相应的理论依据。