砂土地层盾构隧道稳定性三维离散元研究

为探明砂土地层盾构隧道掌子面的稳定性,以Chambon和Corté开展的模型试验为基础,采用三维离散元方法研究了隧道埋深对隧道掌子面稳定性的影响规律,并从细观角度解释了开挖面失稳机理.离散元模型引入了三维柔性应力边界,将模型试验中空气或流体压力对掌子面的支撑效应抽象为作用在掌子面颗粒上的指定支护压力,逐步减少该压力,结合地层变形精确得到极限支护压力.通过删除进入隧道轮廓内的砂土颗粒模拟盾构开挖,以考虑该施工力学行为对掌子面稳定性的影响.研究结果表明:隧道埋深与隧道直径之比小于等于1.0时,掌子面极限支护压力随埋深增加而增加,此后趋于稳定,砂土地层中极限支护压力比随埋深增加而减少,地表沉降突增点对应的支护压力小于掌子面极限支护压力,失稳区直接发展到地表,工程中应同时关注地表沉降与仓内支护压力以保证开挖面稳定;隧道埋深与隧道直径之比大于等于2.0时拱顶上方形成了稳定的塌落拱,延伸高度分别约为0.7D（隧道直径）~1.3D与0.9D~2.3D.      

集料取向对沥青混合料永久变形性能的影响

为了研究压实过程中集料取向对沥青混合料永久变形行为的影响,采用三维离散元方法进行分析,生成了包含粗集料、沥青砂浆及空隙的沥青混合料三维离散元模型,对混合料离散元模型微观组成结构之间的接触行为赋予了相应的微观接触模型及参数,在此基础上对沥青混合料单轴静态蠕变试验进行了三维离散元模拟,并分析了集料取向对沥青混合料永久变形行为的影响。研究结果表明:三维离散元模拟结果与室内试验较为接近; 4. 75 mm粒径集料取向对沥青混合料的永久变形性能影响较为显著;集料的取向趋于水平时,排列相对稳定,沥青混合料的永久变形性能较好。     

基于轮胎-颗粒流动力学模型的避险车道参数匹配方案研究

为了优化山区公路避险车道参数设计方案,基于离散元基本理论与方法,建立轮胎与避险车道集料颗粒流模型。利用自主研发的轮胎性能测试系统对货车轮胎垂直特性进行了室内台架试验研究,通过检测不同输入条件下的响应,标定了轮胎颗粒流模型细观参数。采用漏斗法测量了避险车道集料休止角,结合离散元颗粒流仿真方法,对集料颗粒流模型表面摩擦因数进行了标定。基于所建立的轮胎与避险车道的集料颗粒流模型,仿真分析了轮胎在避险车道中的行驶过程,模拟了车辆在运行过程中的行驶距离、行驶速度与轮胎转速的变化趋势。在甘肃S308省道K209+400处避险车道进行了实车道路试验,试验结果验证了该仿真方法的正确性。通过所建立的轮胎-颗粒流模型对比分析了不同铺设厚度,不同集料大小下的仿真结果。综合考虑减速效果和施工成本,确立了避险车道铺设厚度、铺设长度、颗粒材料等设计技术参数。研究结果表明：离散元法能够很好地模拟车辆在避险车道中的行驶过程;考虑到颗粒固结等因素,建议避险车道铺设厚度不小于0.8 m;针对行驶速度大于90 km·h^-1的载货汽车,避险车道设计长度建议大于130 m;避险车道集料方面,建议选用粒径为1~3 cm且圆度较高的砾石作为路床材料。     

局部正态物理模型在潮汐河口的应用研究*

首次在潮汐河口采用局部正态物理模型研究了局部冲刷问题,结果表明：采用局部正态物理模型研究潮汐河口相关工程问题是可行的,试验水力条件的选择、模型边界的确定以及模型的整体变坡是将局部正态模型应用于潮汐河口的关键技术,提出了简便易行且效果良好的模型边界的确定方法,阐述了模型整体变坡的必要性及方法。     

大型集装箱船迎浪航行的外飘砰击压力研究

该文采用直接计算法研究一艘大型集装箱船迎浪航行时的外飘砰击压力特点。先基于三维势流理论Rankine面元法,应用DNV船级社的商业软件Wasim计算出该船在压载时不同海况下以不同航速航行时在非规则波中时域内的非线性运动响应时历,再根据Wagner型冲击理论计算得到该集装箱船艏外飘区域的外飘砰击压力。最后,依据概率随机理论,得到不同工况下的外飘砰击概率以及外飘砰击压力极值,并分析概率和极值特点。     

基于瞬态边界元法的箱梁声辐射

为进一步开展桥梁结构噪声的研究,基于有限元-瞬态边界元法理论,对铁路32 m简支箱梁桥进行了时域振动响应及声辐射特性分析.首先,利用有限元软件ANSYS建立轨道-桥梁有限元模型;然后,运用车-线-桥仿真程序(TTBSIM),仿真计算得到轮轨相互作用力,并作为有限元模型的外部激励进行了列车动荷载作用下桥梁的时域振动响应分析;最后,以桥梁振动响应为边界条件,利用声学边界元软件Sysnoise研究分析了由列车动荷载引起的桥梁瞬态辐射噪声,并将测点声压计算值与实测值进行了对比验证.研究结果表明,200 km/h高速列车作用下桥面板振动级明显大于桥底板和桥梁腹板,桥梁主要噪声辐射部位为桥面板;桥梁结构噪声主要集中于低频段;随距离增加,噪声幅值逐渐减小,且高频噪声衰减速度明显快于低频噪声.      

快速多极多域虚边界元法解不同材料组合结构

将快速多极算法和广义极小残值法（GMRES）的基本思想运用于虚边界元法的方程求解中,并构造了多域组合问题虚边界元法的快速多极展开的实施思路,且将此方法用于不同材料组合结构问题的求解.采用此方法能够使得原问题方程组求解的计算耗时量和储存量降至与所求问题的计算自由度数成线性比例.数值算例验证了方法的可行性、计算精度和计算效率.     

热气旁通量对极低温条件下热泵系统性能的影响

针对热泵系统在极低温环境下运行时低压过低的问题,通过设置环境温度为-18℃及以下的试验条件,对增加热气旁通阀的间接式热泵系统进行测试,并通过调节热气旁通阀开度,分析不同低压边界下系统制热性能、水冷冷凝器放热量和排气过热度等参数变化。结果表明：在极低温环境下,开启热气旁通阀可提升热泵系统低压侧压力、改善压缩机运行边界、增加制热量,但旁通阀开度变大会造成热泵系统效率衰减;改变热气旁通量时需动态调整主回路流量,以维持目标吸气和排气过热度;采用热气旁通技术可使热泵系统稳定运行并减少对电辅助加热的依赖,从而达到了良好的经济效果。     

新型列控系统与CTCS-3级列控系统RBC切换机制差异研究

为应对RBC切换在新型列控系统与CTCS-3级列控系统间互联互通应用的技术挑战,深入研究2种列控系统RBC切换流程的差异。基于CTCS-3级列控系统RBC切换流程,结合新型列控系统特性,从行车许可计算方式、交互信息、车地通信协议等方面,区分2种列控系统RBC切换关键技术要求;从列车信息处理策略、列车防护、通信故障处理、边界后首区间检查、后备监控模式列车管理等关键环节,分析2种列控系统RBC切换差异。可为工程应用中RBC切换场景的问题分析、工程设计提供支撑,也为未来铁路线路升级与跨系统运营提供理论依据和技术支持。     

码头设计中桩基有效计算长度分析

有效计算长度是高桩码头桩基压屈验算的控制性参数。国内外规范提供了其理想约束下的计算方法,但不能完全反映顶部实际约束,也未明确整体分析时顶部约束类型。介绍利用有限元屈曲临界荷载确定桩基有效计算长度的方法,该方法反映实际约束较为精确,并提出码头桩基局部分析和整体分析的设计理念,得出相应规律。结果表明,局部桩基分析时,端部排架1~3顶部可认为铰接,其他排架顶部可认为固接;码头结构整体分析时,桩基顶部约束为平滑约束;码头结构整体分析时,排架≥2轴时桩基顶部可认为平滑约束;单排桩≥2根时顶部横向可认为平滑约束。实际码头工程中桩基布置、斜率等变化因素较多,可利用本文方法进行分析。