基于离散元方法的车-路相互作用下沥青路面力学响应研究

为研究车-路相互作用下沥青路面力学响应,文章基于离散元方法,利用PFC软件建立沥青路面的三维数值模型,施加车辆荷载,模拟分析车辆与道路之间的相互作用,主要结论为:(1)沥青路面在荷载的作用下,随着路面深度的逐渐增加,竖向位移值和竖向正应力均逐渐减小,且在静荷载的作用下,各结构层的竖向位移在短时间内急剧增大,达到峰值后逐渐减小,然后趋于稳定;(2)沥青路面在振动荷载的作用下,各结构层的竖向位移和竖向正应力变化曲线均呈现半正弦形,在振动荷载施加完成后,路面的竖向位移并未恢复为零,这部分残余变形可被视为车辙产生的原因;(3)沥青路面在移动荷载的作用下,当荷载逐渐接近监测点位置时,各结构层的竖向位移和竖向正应力逐渐增大,反之则逐渐减小,且随着路面深度的增加,竖向正应力值逐渐减小,但应力响应时间逐渐延长。     

半刚性路面Top-Down裂缝及其应力强度因子分析

为了研究荷载应力和温度应力对半刚性沥青路面Top-Down裂缝扩展的影响,文章基于断裂力学理论,运用有限元方法,建立弹性层状连续的二维路面结构模型,分析高温状况荷载的超载比例、既有裂缝长度和低温状况既有裂缝长度对裂缝尖端应力强度因子的影响,计算时考虑了路面非均匀温度场和温度与沥青混合料弹性模量关系。结果表明超载比例增加、既有裂缝长度增加都会导致裂缝尖端的应力强度因子线性增加,低温状况温度应力作用比高温状况荷载应力作用更易加速Top-Down裂缝的扩展。     

拓宽路基在车辆荷载不同作用位置下的力学行为研究

为了研究高速公路改扩建完成后车辆荷载作用位置对拓宽路基的影响,本文应用Ansys有限元计算分析软件,建立车辆荷载力学计算模型,分别对车辆荷载作用在新路基、旧路基和新旧路基结合处等不同位置进行了应力与应变分析,文章研究总结了车辆荷载在新路基、旧路基和新旧路基结合处等不同位置下的竖向位移、水平位移、竖向应力与剪应力的变化规律,以期为我国高速公路路基的拓宽设计提供参考。     

不同荷载及胎压对沥青路面结构力学响应的影响分析

为研究不同汽车荷载及胎压对沥青路面结构的力学响应影响,文章以典型的半刚性基层沥青路面结构为例,采用ANSYS有限元软件模拟了以20%为步距增大的超载标压、标载超压的路面表层力学变化,并将荷载、胎压两因素对各力学响应指标的影响进行方差分析。结果表明：路表左右轮载点竖向应力值分别为底基层底竖向应力值的46.39倍、47.56倍;随荷载逐步递增,路表的竖向位移、水平及竖向应力均呈上升趋势;随胎压逐步递增,路面表层水平及竖向应力均呈上升趋势,但胎压增大对竖向位移影响不明显。因此在实际公路运营中应控制行车超载、超压情况,以免路面力学结构发生破坏。     

护拱回填暗挖法隧道支护结构安全性评价

文章依托九景衢铁路荆生坞隧道工程,介绍了护拱回填暗挖法的施工步序,利用弹性理论推导了护拱与初期支护拱部的围岩荷载分担比例计算公式,采用极限平衡理论建立了边墙处围岩受力模型,推导了初期支护边墙附加围岩压力计算公式,最后通过建立荷载-结构模型,计算了护拱和初期支护的内力、安全系数,评价了护拱和初期支护安全性。结果表明:初期支护围岩荷载分担比例与护拱和初期支护的弹性模量、厚度有关,荆生坞隧道初期支护围岩荷载分担系数约为30%;护拱拱脚竖向压力导致边墙上部围岩沿破裂面滑动,对初期支护边墙上部产生一个水平向的附加围岩压力;九景衢铁路荆生坞隧道护拱回填暗挖段护拱和初期支护均处于安全状态,初期支护安全性随围岩荷载分担系数的增大而略有降低。     

半刚性沥青路面界面应力分析

半刚性沥青路面在我国高速公路路面中应用广泛,但由于沥青面层与半刚性基层的层间变形协调性差,易产生较大的层间剪应力而引起沥青面层的剪切破坏。文章基于弹性层状体系理论,采用BISAR3.0软件分析了材料回弹模量、泊松比、行车荷载、层间结合状态等因素对沥青面层和半刚性基层层间最大剪应力、压应力的影响,并总结出各因素影响下的应力分布规律。     

基坑开挖对邻近桩基竖向受荷性状的影响

软土地区基坑开挖时一个重要的环境问题是土体移动对邻近桩基的影响。文章通过建立三维有限元模型,对软土地区中基坑开挖对邻近桩基竖向受荷性状影响进行研究。研究结果表明,基坑开挖前后桩基轴向抗压承载力减小约13.6%,并且引起既有承受竖向荷载的邻近桩基产生可观的附加沉降。为此,针对桩土接触力随基坑开挖的变化规律进行了系统的分析,并基于分析结果,通过考虑开挖后桩侧极限摩阻力的降低,对单桩沉降计算的荷载传递法进行改进,使得能考虑开挖对邻近桩基竖向受荷性状的影响。     

基于改进Sheorey模型的地应力估算方法及应用

地应力是地下工程的基本荷载之一,垂直应力一般可采用上覆岩层压力计算,而水平应力却很难确定。Sheorey建立的静弹性热力学模型在国际上认可度非常高,但该模型未涉及构造作用影响的区域性差异,且没有解决最大、最小水平主应力的各自分布特征问题。文章通过引入区域构造应力修正系数,并结合弹性力学理论,对Sheorey模型进行改进,提出了弹性岩层中水平地应力估算方法。为进一步考察该方法的有效性与实用性,以福建梅花山隧道为依托,进行了原岩应力及岩体模量现场测试工作,并将实测地应力值与计算值进行对比。研究结果表明:理论计算值和实测值存在一定的误差,这主要是由局部地质构造及岩体非均匀性引起的,但在误差允许范围内,仍可满足工程精度要求。     

隧道-洞口滑坡平行体系受力变形模式与计算方法研究北大核心CSCD

我国目前对隧道-滑坡工程的设计尚无可供参照的行业标准,尤其是滑坡洞口段隧道缺少相应的计算理论。文章首先以平行体系中隧道-洞口滑坡为研究对象,通过归纳总结滑坡地段隧道衬砌的病害特征,构建了相应的工程地质模型;然后将剩余滑坡推力视为导致隧道变形破坏的直接原因,通过荷载传递规律得到作用于隧道结构上的附加荷载,将其与围岩压力叠加推导出了隧道外荷载的计算公式;接着采用弹性地基梁理论,推导出滑坡推力作用下的隧道内力计算方法,从而得到隧道-洞口滑坡的受力变形模式及计算理论;最后通过模型试验对其合理性进行了验证分析,结果表明该方法与实际工程相符,能够为滑坡地段洞口隧道的设计提供参考。     

明暗挖施工地铁车站下部暗挖隧道围岩压力计算方法研究

南宁轨道3号线青秀山地铁车站受地形限制采用上明挖下暗挖法施工。下部暗挖隧道根据埋深介于深浅埋之间,进行结构设计时,先施工的上部明挖站厅结构等效处理恰当与否,对于保证暗挖隧道结构安全至关重要。通过理论推导表明,当上部站厅结构等效为土体时,其下部暗挖隧道竖向围岩压力为150.69 kN/m,水平围岩压力为95.28 kN/m;当等效为附加荷载时,其下部暗挖隧道竖向围岩压力为439.83 kN/m,水平围岩压力为103.28 kN/m。通过数值计算表明,当上部站厅结构等效为土体时,最大安全系数为60.29,其部位在拱腰处,最小安全系数为7.39,其部位在拱底处;当等效为附加荷载时,最大安全系数为21.558,其部位在拱脚处,最小安全系数为2.529,其部位在拱底处。因此,建议暗挖隧道围岩压力计算时,上部站厅结构按照附加荷载处理较为合适。     

多因素下双线盾构隧道施工引起的土体变形研究

考虑多因素(土体损失、正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆力)的作用下,文章首先提出了改进统一土体移动模型的方法,其次建立了力学计算模型,对双线水平平行盾构隧道施工引起的土体变形计算方法进行研究。根据弹性力学Mindlin解,对多因素中后3个因素引起的土体变形理论解进行计算,基于统一土体移动模型解对土体损失引起的土体变形理论解进行计算,最后叠加得到多因素下总的土体变形理论解。采用该方法对杭州地铁1号线的纵向地表沉降、纵向水平位移及不同深度处的土体竖向位移进行计算,研究其变化规律;同时对水平位移变化的影响因素进行分析。研究结果表明:随深度改变,在最大沉降量附近10~13 m横向范围内的土体沉降会产生改变;土体水平位移方向随计算点和隧道的位置关系变化而发生改变;随着两隧道间距J的增大,双线隧道深度附近的土体水平位移减小,地表附近处的水平位移值变化值不大。     

测试应力腐蚀临界应力强度因子的新方法

应力腐蚀临界应力强度因子的测试方法是基于线弹性继裂力学理论和应力腐蚀理论提出的一种新的测试方法。该方法采用精密电子元件测试所需应力值,并利用显微镜测得的直径,通过计算便可获得应力腐蚀临界应力强度因子值。实践表明：该方法具有操作简单、应用灵活、成本低等优点。     

利用地下导洞实现桩基托换的设计方法

文章采用了一种在地下导洞群内进行桩基托换的方法,并对导洞施工导致的原桩负摩阻力、承载力和附加沉降进行了讨论,基于弹性理论推导了计算桩附加沉降的公式。利用该方法对广州地铁工程进行了分析验证,结果表明文中的公式能较准确地描述桩的附加沉降。在复杂环境条件下的桩基托换中,该方法具有一定的应用价值。     

变高度双层钢桁梁节段模型静力试验分析

为研究变高度双层钢桁梁结构在竖向荷载作用下的受力特点,以福州道庆洲大桥为工程背景,截取了其主墩处6个节段,设计制作了1∶5的缩尺模型并开展相关试验。结果表明：在超过最大设计荷载作用下,结构仍处于弹性阶段,其承载力安全储备较高;在竖向荷载作用下,结构主桁腹杆左右翼缘的应力相差较小,而上下弦杆的上下翼缘应力相差较大,说明结构主桁腹杆以受轴力为主且应力水平较高,上下弦杆除受轴力外还受到一定弯矩的影响,符合一般桁架的受力特点,设计时需要重点关注主桁上下弦杆的抗弯能力、腹杆的抗压能力及稳定性;偏载作用下结构的变形及应力普遍小于对称加载,偏载工况并不控制结构设计;变高度的双层钢桁梁结构杆件受力复杂,经过优化设计可满足其受力性能。     

复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力预测分析

为揭示复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力,文章基于Покровский当层法,将该问题等效为求解均质地层位移及应力分布问题,结合Loganathan修正公式,推导了复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移、应变和应力分量表达式,构建了地层位移场分布预测模型。同时基于理论预测模型,对比分析了工程实例的预测位移与实测数据的差别,讨论了上下层土体弹性模量比n、地层深度z和土体泊松比μ对隧道开挖的影响;在分析含软弱夹层隧道开挖问题时,提出了软弱夹层等效厚度K的概念。研究结果表明:随着n的增加,地表最大沉降值Smax、地表附加水平应力σx和竖向应力σz的最大值均有所减小;随着z的增加,地层最大沉降值有所增大;随着μ的增加,Smax有所减小,地表附加水平拉应力σx和竖向应力σz的最大值有所增加;当软弱夹层等效厚度K增加,Smax有所增加;隧道施工时,上硬下软地层产生位移及应力扩散现象,上软下硬地层产生位移及应力集中现象。     

面层厚度减缓半刚性基层温缩开裂的分析

文章结合半刚性基层路面建设的实际情况,采用以弹性层状体系理论为基础的bisar计算程序,分析了半刚性基层在荷载和温度共同作用下的影响因素,探讨了基层开裂与面层厚度的关系,提出了适合亚热带地区气候特征的半刚性基层上沥青面层的厚度,对公路建设有参考作用。     

桥面沥青铺装粘结层拉、剪应力分析

水泥混凝土桥沥青铺装层的破坏主要与荷载作用下产生的应力集中有关,为准确分析桥梁各部应力集中的分布特性和变化规律,文章以线弹性分析理论为基础,采用通用大型有限元分析软件ANSYS,对不同荷载条件下的铺装体系内部拉应力和剪应力进行计算分析。结果表明,将铺装体系内各部最大拉应力和最大剪应力值作为铺装层结构设计和材料选择时的一项重要控制指标是科学合理的。     

隧道锚开挖及承载对既有隧道的变形影响分析

为评估隧道锚开挖及承载对下方既有隧道安全性的影响，采用弹性地基梁理论建立既有隧道在隧道锚开挖及承载影响下的变形计算模型，基于Mindlin公式分别给出隧道锚开挖及承载影响下的附加荷载计算方法，提出既有隧道竖向隆起变形安全性控制标准为12 mm。以四川沿江高速宁巧隧道-隧道锚体系为例，分析既有隧道在隧道锚开挖及承载影响下的变形特征，研究表明：既有隧道变形呈“凸”形，最大变形量位于锚塞体正下方附近，且随着与锚塞体距离的增大，隧道变形逐渐减小，最终收敛；既有隧道变形量随着围岩等级的降低及隧道-隧道锚间距的减小而增大；Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下，隧道整体处于安全状态；Ⅴ级围岩条件下，隧道变形量在隧道锚开挖过程中已超过控制值，需要采取围岩加固、结构加强等工程措施。     

狼冲口特大桥菱形挂篮施工计算分析

文章以广西平南县内狼冲口特大桥为依托项目,基于Midas Civil建立挂篮结构计算模型,研究了菱形挂篮结构的主桁架和底篮平台的荷载计算,分析了菱形挂篮结构的承重原理与施工工艺。结果表明:菱形挂篮结构具有稳定性好、作业面广等优势;连续箱梁1~#节段和6~#节段的底篮平台应力均满足规范要求,最大挠度小于挠度设计值;主桁架的竖向变形和轴向力均在设计规范的要求的范围之内,有效验证了模型的可靠性和计算方法的正确性。     

低温地区橡胶沥青应力吸收层对沥青路面结构温度应力的影响

本文采用有限元软件对低温地区典型的半刚性沥青路面结构进行了力学响应模拟,分别计算了温度应力和温度与荷载共同作用下的路面结构力学响应,分析了不同时刻路面内部温度应力随外界环境的变化规律,计算结果表明:无论是单独温度作用,还是荷载和温度共同作用,路面结构应力随外界气温呈现周期性变化,设置应力吸收层可显著减小沥青层底拉应力,说明设置应力吸收层可抑制或减缓基层反射裂缝向面层扩展。