基于有限元的路基振动压实动力学响应研究

基于ABAQUS软件，建立“振动轮-土体”三维有限元模型，采用扩展线性DruckerPrager模型和三维一致黏弹性人工边界方法，对轮下土体的应力、接触力等振动响应进行分析，研究振动压实过程中轮土的相互作用及由此产生的动力学响应。结果表明：沿振动轮横向，在振动轮边缘处土体竖向应力会发生严重衰减，据此可确定振动轮的碾压重叠宽度；沿压实路径纵向，竖向应力的中心点位于振动轮质心点前方，这是由于轮土接触面倾斜所导致的；根据节点接触应力的时程曲线可以计算总接地宽度，但总宽度之中大约只有1/3可以产生有效压缩变形。     

竖向地震动对钢-混组合梁桥地震易损性的影响分析

以4×35 m的钢-混凝土组合连续梁桥为工程背景,基于OPENSEES平台建立非线性三维有限元模型,分别考虑以竖向地震动分量和水平地震动分量比值为0、0.5、1.0、1.5、2.0作为地震动输入,进行地震易损性分析,研究竖向地震动分量对钢-混凝土组合梁桥地震响应以及易损性的影响.计算结果表明:支座是最易损构件,混凝土和...     

大跨连续梁桥竖向抗震性能研究

随着监测手段的不断进步,地震动的记录越来越完善,很多地震动的竖向分量被检测到并引起了专家学者的重视,尤其是高烈度区和震中区,地震动竖向分量甚至比水平分量还要显著。文章在综合分析国内外对多向地震以及多维隔震技术研究现状的基础上,研究了一种新型三维隔震装置（高阻尼橡胶碟簧三维隔震装置）在大跨度桥梁竖向抗震设计中的应用。结果表明：仅在桥墩安装三维隔震装置是最有效、经济的安装位置;竖向地震动分量对主梁纵向加速度有着放大作用,考虑竖向地震作用时,跨中竖向加速度不容忽视;三维减隔震装置较水平隔震支座有着更好的减隔震效果。     

刚性散粒体随机堆积的三维数值模拟

在边长(a)分别为球半径(r)15、20和25倍的刚性立方体盒内,随机生成单一球体堆积模型的基础上,利用三维离散单元法(DEM)动态模拟堆积体自重作用下的堆积过程。追踪了颗粒的堆积运动轨迹,并分析了堆积密实度和配位数及其分布规律。结果表明:重力作用下,密实度增加,结构趋于均匀、致密;DEM模拟前、后密实度均随r/a值减小而增加,即边界影响越小散粒体堆积密实度越大;几种情形下的平均配位数均在6.05~6.15之间,接近理论值6。     

基于离散元的堆石体大粒径填料优化排布研究

为同时解决桥台跳车和大粒径挖方弃石的利用问题，一种堆石体法大粒径填料填筑山区高速公路路基技术被提出。针对堆石体大粒径填料优化排布问题，采用离散元分析方法，对不同粒径范围的大粒径填料在台背回填区域的不同排布方案进行了数值模拟和对比分析。结果表明，大粒径填料填充液态泥浆形成的堆石体结构具有良好的刚度和稳定性，能够实现桥台至路基沉降的平稳过渡，有效避免桥台跳车的出现，且在中大粒径填料填筑厚度为4 m时沉降量最小，工程中建议填筑厚度为3～5 m。离散元的颗粒接触力分析结果显示大粒径填料承担了堆石体受力骨架功能，力链图显示堆石体结构内部存在复杂的拉压应力状态，大粒径填料之间的填充泥浆可提供必要的黏结作用。研究成果已应用于延庆至崇礼高速公路河北段台背回填工程中，实测路面沉降与计算值基本吻合，解决桥台跳车问题的效果良好。     

基于接触变形量修正模型的圆锥滚子轴承刚度计算

轴承接触受力以及刚度计算是一个非线性力学问题,文章基于修正的Palmgren模型对圆锥滚子轴承的滚子接触力和接触刚度进行了计算。通过对所有滚子的接触力、力矩以及其对轴承内外圈造成的接触变形的计算和叠加,推导了圆锥滚子轴承的刚度模型。为了验证模型,建立网格数量多、精度较高的圆锥滚子轴承有限元模型,计算了滚子以及外圈的应力分布情况,通过对有限元计算结果接触力和接触变形量的提取,识别了轴承刚度并与文章所建立模型的计算结果进行了对比,结果表明,所建立模型是准确的。     

客车侧翻生存空间仿真评价方法研究

为了能更直观地评价客车侧翻生存空间的侵入状况,提出以接触力作为评价指标的仿真分析方法。根据法规ECE R66要求,建立某客车骨架及生存空间的有限元模型,并进行侧翻仿真分析,评价其上部结构的变形及其侵入乘员生存空间的状况。基于仿真分析结果,验证了该仿真评估方法是简单实用、准确可靠的。     

液化土浆料填充大粒径堆石路基结构性能研究

为解决大粒径石料堆石体路基结构强度问题,开展了填料级配对大粒径堆石体结构空隙率的影响及大粒径堆石体结构强度试验。结果表明:当粒径比d₁:d₂=6,堆石体结构填充较密实,空隙率较小,可以降低注浆料的用量;大粒径堆石体结构强度较高,结构层次分明,在胶结处没有出现破坏,破坏主要是由大粒径石料脆断所引起;振动注浆法比普通注浆法制作的试件抗压强度高,埋管压力注浆法比振动注浆法制作的试件抗压强度高。研究结果可为大粒径石料堆积体路基结构的强度控制提供参考。     

某隧道出口堆积体边坡成因机理及综合治理方案研究

以穿越一处大型崩塌堆积体的重庆市某公路隧道出口工程为依托,从堆积体的地质情况、物质组成等综合分析其成因机理,进而通过堆积体边坡的位移监测数据和典型计算剖面对其稳定性展开定量评价。结果表明:此崩塌堆积体在长时期地质作用下,总体保持自然稳定状态,但在降雨因素作用下稳定性系数为1.254～1.604,没有足够的安全富余量,需要采取反压坡脚等措施增强坡体的稳定。最终提出该边坡的综合治理方案,消除了隧道出口崩塌堆积体的工程安全隐患,保障了交通运营的安全。     

行车荷载作用下路基附加应力动态分析

该文在考虑材料动态参数基础上,借助ABAQUS通用有限元软件,建立三维有限元模型,采用动态分析的手段,计算了不同车速下路基竖向附加应力,并与静态分析结果进行了对比。结果表明,采用材料动态参数下,路基内部及顶面竖向应力动态分析值分别高出静载下计算值8%与10%;低车速下路基竖向附加应力偏高;动态分析时间点的选取对附加应力值影响显著。     

土石混合料结构强度的微观分析

根据颗粒随筛孔直径的质量分布函数,求出土石混合料粗颗粒部分颗粒总数,进而确定出土石混合料粗颗粒部分等效半径.基于散粒体平均应力与颗粒微观接触力之间的关系,引入颗粒形状修正系数,得到土石混合料的三维应力-应变关系.结果表明:影响土石混合料结构强度的主要因素有孔隙比、等效粒径、形状修正系数及刚度比例系数等参数,其中形状修正系数越大,等效半径及孔隙比越小,土石混合料的力学性能越好,反之越差.     

地下连续墙基础沉降数值分析

基于黄土的物理力学特性,利用高度非线性有限元分析软件MSC.MARC,采用Druker-Prager模型对黄土地层中地下连续墙基础的沉降进行了三维有限元数值模拟,计算结果表明:墙芯土的竖向变形主要发生在墙顶附近;墙端以下土体的竖向变形随着深度的增加而迅速减小;墙端下约1.5倍的基础宽范围内土体的竖向变形为整个基础沉降的主要部分。     

路基溶洞加固的离散元方法数值模拟研究

通过建立含溶洞路基的离散元模型数值模拟了荷载作用下模型的响应,给出了采取加固措施前后组成路基模型颗粒间的接触力分布及位移矢量,监测了溶洞竖向六个位置颗粒的位移变化。结果表明,加固后颗粒的位移明显减小,由0.040cm减至0.014cm为最大减小范围。     

地震动分量对车-轨-桥系统动力响应影响研究

为研究横向、竖向、纵向及三向地震动分量对车-轨-桥系统动力性能的影响,以高速铁路10跨32m双线简支箱梁桥为背景进行分析。采用仿真分析程序TTBSAS,选取一致激励模式输入10条典型地震波,分析在无震,横向、竖向、纵向及三向地震动分量作用下车-轨-桥系统的钢轨横(竖)向位移、加速度等桥梁结构动力响应,以及脱轨系数、轮重减载率、轮对横向力等列车动力响应。结果表明:在不同地震动分量作用下,高速铁路简支梁桥的横向和竖向动力响应具有弱耦合性;横向地震动分量会同时增大钢轨的横向和竖向动力响应;横向地震动分量对桥上列车行车安全的威胁最大,在进行地震作用下的车-轨-桥系统行车安全性研究时,可考虑仅输入横向地震动分量进行计算。     

竖向锚定板水平抗拔承载力三维力学模型分析

竖向锚定板的水平抗拔承载力确定是锚定板档土结构设计中一个不可回避的关键问题,而当前有关这方面的理论研究还存在很多不足。在总结了当前有关竖向锚定板水平抗拔承载力研究的基础上,深入分析了竖向锚定板水平受拉时的三维力学机制,指出了当前理论研究中存在直接套用条形锚定板的平面应变模型用于矩形锚定板的三维问题、板前滑移线场假定具有主观性、未考虑板土接触面的真正力学特征对系统力学机制的影响这3方面的不足之处,论证了构建三维力学模型的必要性;并进一步就该问题三维力学模型的构建、板土接触面特性的考虑以及浅锚、深锚的统一指明了研究思路,为后续竖向锚定板抗拔承载力的深入理论研究奠定了基础。     

土工格室柔性搭板处治的路桥过渡段差异沉降三维数值分析

应用MARC软件,建立路桥过渡段差异沉降的三维计算模型。基于该模型及不同的地基沉降模式,分别对土工格室加筋体和柔性搭板消化地基沉降、协调和控制桥头差异沉降的作用机理及其对地基沉降的适应性进行了三维数值仿真分析。结果表明:土工格室复合体限制了周围土体的侧向变形,减小了路堤本身的压缩变形;同时,土工格室柔性搭板能有效地阻止上层土体向下沉降,减小路基竖向应力,使得桥台与路堤之间的沉降差在较广的范围内得到平缓过渡。     

岩层中深埋隧道穿越桩基的竖向安全距离计算

根据岩石力学中的压力拱理论,从理论上推导了岩层中深埋隧道穿越建(构)筑物桩基时隧道顶至桩基底的竖向安全距离的计算公式。该计算公式与隧道围岩级别、围岩物理力学性质、隧道直径、桩基直径、桩基距隧道中心水平距离和桩基底荷载等因素有关。通过南昌地铁1号线的工程实例用理论计算公式计算了隧道顶距桩底的安全距离,并用二维和三维数值模型进行了验证,二维数值计算值与理论计算较吻合,由于空间效应的影响,三维数值计算值约为二维计算值的85%。     

基于弹性地基梁法的隧道纵向变形开裂机理及治理方案研究

在隧道穿越山岭的过程中,常需要穿越堆积层边坡等不良地质层,而堆积层坡体具有较差的工程特性。在遇到降雨的情况下,堆积体内雨水大量入渗等原因易导致隧道衬砌结构的变形,隧道支护结构发生开裂等破坏,严重降低了隧道施工和运营的安全可靠度。以湖南省张家界某堆积体边坡隧道为依托工程,首先结合工程地质勘察报告开展坡体表面与深部位移监测和隧道二衬裂缝宽度监测,分析滑坡面的位置和隧道二次衬砌发生开裂的原因。其次基于弹性地基梁理论构建滑坡推力下隧道计算模型,建立微积分方程,将基于不平衡推力传递系数法得到的滑坡推力作用在隧道结构上,从而得到滑坡推力作用下平行于堆积层边坡的隧道支护结构的受力和变形特性。然后采用所得到的隧道支护结构的理论计算方法探讨降雨强度、堆积体力学参数以及隧道支护结构下侧加固强度对二次衬砌裂缝开展规律的影响。最后采用所得到的隧道支护结构的理论计算方法建立了边坡安全系数与二次衬砌裂缝宽度的拟合关系曲线为y=-5.559x+7.645 3。从而计算出二衬不开裂情况下边坡的安全系数值为1.375 4,并对该堆积层边坡进行锚杆支护优化设计。为后续类似工程的施工设计提供建议。     

基于Kriging与逆向工程的复杂地质体FLAC3D建模技术与应用

基于改进的Kriging插值方法及逆向工程技术,提出一种复杂地质体三维模型构建新方法:采用Kriging插值方法,结合逆向工程技术的优势,快速获得地质体曲面模型,通过Fish语言编制的文件导入FLAC3D软件中,准确、快速构建复杂地质体三维模型。该建模方法在某工程的三维场地模拟中得到应用,并与理论计算进行对比,验证了该方法的可行性和有效性,同时三维模拟也可从不同角度,对比不同剖面的变形。     

两种因素对膨润土与砂混合试样胀缩变形特性的影响研究

膨润土与砂混合试样在干湿循环过程中的胀缩体变可分为可逆性和不可逆性胀缩体变两个分量。对击实膨润土与砂混合试样开展干湿循环试验，研究了应力和干湿路径（即两种因素）对体变分量及干湿循环稳定状态的影响规律:①竖向应力增加将降低可逆性体变分量增大不可逆性体变分量的累积；②可逆性体变的大小与干湿路径在饱和度空间所处的区域相关；③干湿循环幅值影响着试样的不可逆性胀缩体变的累积；④干湿循环稳定状态具有一定的路径依赖性。