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.     

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。     

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.     

局部软岩偏压下隧道结构及钢拱架受力状态分析

为研究局部软岩偏压隧道施工中钢拱架实际的受力特征及变形状态,采用有限元建立三维地层-隧道模型,对隧道开挖过程中偏压隧道结构及钢拱架受力状态进行弹塑性模拟分析。在建模时,通过考虑钢拱架的实际截面尺寸及沿纵向的布置方式以准确模拟钢拱架的受力状态;在考虑隧道软岩偏压时,假定4种典型工况:均质地层无偏压、拱脚-边墙软岩偏压、边墙-拱腰软岩偏压及拱肩-拱顶软岩偏压等。基于数值计算结果,对钢拱架的应力分布、变形模式及内力,初期支护最大、最小主应力等进行分析。结果表明:不同工况下,钢拱架均处于受压状态,剪力最大区域主要分布在边墙和拱脚区域,为此建议加强边墙-拱脚区域的锚杆支护。     

冰击荷载作用下高速车辆-轨道-桥梁系统耦合振动分析

为了探明流冰撞击桥墩对高速车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学行为的影响,采用精细化有限元模型模拟了流冰撞击桥墩的过程,计算获得了不同冰排特性下流冰撞击力时程曲线,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,以流冰荷载作为外激励,建立了高速车辆-轨道-桥梁-冰击动力学分析模型。以5跨32 m简支梁为例,通过研究不同冰击荷载作用下桥梁结构的动力学响应,得到了对桥梁结构影响最大的冰击荷载,分析了在该冰击荷载作用下桥梁子系统和车辆子系统的动力学响应,最后探讨了冰击荷载对桥上列车走行性的影响。结果表明：在冰击荷载作用下,冰排厚度、流冰撞击速度和冰排抗压强度是影响桥梁动力学响应的关键参数,桥梁跨中和墩顶横向位移与加速度随冰排厚度和抗压强度的增加而增大,且随流冰撞击速度的增加呈先增大后减小趋势;流冰撞击桥墩对车辆-轨道-桥梁系统动力学响应影响显著,在冰击荷载作用下主梁横向位移和加速度增幅较大,跨中横向加速度主频与桥梁横向自振频率接近,表明流冰撞击可能会加剧桥梁横向自振频率附近的振动;车体横向振动加速度、脱轨系数、轮轨横向力和轮重减载率在流冰撞击作用下均明显增大,增幅超过2倍,可见流冰撞击对高速列车行车安全性和乘坐舒适性有较大影响。     

直立码头前沿波高模型及数值模拟

立足港区平面规划布置实际需求,对防波堤掩护下的港域进行波浪物理模型试验。并基于MIKE21-BW模型的数值模拟,研究不规则波以一定角度入射直立式码头后泊位的波高情况。数值模拟及物理模型试验均可考虑波浪由外海传向近岸的绕射、反射及折射等过程。通过上述两种手段对比码头前沿提取的波高数据,结果吻合良好,说明MIKE21-BW模型能够应用于近岸波浪的传播变形及港区波浪条件研究中,为港区的平面布置提供科学的研究依据。