落石冲击旁山填方路基边坡破坏数值模拟

落石灾害造成山区中低等级公路路基滑塌灾害十分普遍,造成交通堵塞及大量的经济损失,甚至人员伤亡。以旁山沥青路面填方路基边坡为原型,采用显式动力学程序LSDYNA,研究了不同下落高度及入射角度的落石冲击作用下路基边坡的力学响应,揭示了落石冲击力和路基边坡的变形、能量转化与落石高度和入射角度的相关性。落石冲击力与入射角负相关,入射角为45°时路基变形最大。路肩位移、路基路面变形与下落高度正相关。路面结构对路基的保护作用与下落高度呈正相关。落石高度的变化主要影响路基路面变形,入射角的变化主要改变土体力学响应范围。研究成果可为路基边坡的落石灾害防护设计提供参考。     

落石冲击荷载作用下加筋土拦石墙冲击应力分布研究

为研究加筋土拦石墙在落石冲击荷载下的冲击应力分布规律,设计加筋土拦石墙和板桩拦石墙落石冲击模型试验.通过对比试验揭示了加筋土拦石墙在落石冲击荷载作用下冲击应力峰值的变化规律.试验发现:(1)2种结构的冲击应力分布均呈阶段性变化,加筋土拦石墙裂隙出现时所承受的冲击力约为板桩拦石墙的2倍;(2)与板桩拦石墙冲击处应力集中明...     

落石冲击荷载作用下EPE垫层棚洞缓冲作用研究

针对目前棚洞结构传统砂垫层自重大、建设成本高等缺点的现状,提出使用EPE(聚乙烯)缓冲材料替换一部分砂土垫层以达到减轻结构自重、提高抗落石冲击性能的目的。采用显式动力计算,基于LS-DYNA动力有限元软件建立数值计算模型,模拟了落石冲击EPE垫层棚洞结构的全过程,以棚洞结构底部钢筋动态应变时程曲线、棚洞T型梁跨中挠度变形等为依据,判断结构的极限承载力,并与传统砂垫层进行了对比,从而揭示了EPE垫层在棚洞结构设计中的耗能减震作用。结果表明:EPE缓冲材料的缓冲性能与抗冲击性能较好,能广泛应用于实际工程;其最优填充厚度为0.6 m,结构承载力是传统砂垫层棚洞结构的1.75倍。     

落石冲击作用下埋地管道力学响应

在丘陵或多山地区,频繁发生的滑坡灾害严重威胁埋地管道的安全,势必需要提高埋地管道设计标准,提出合理预防措施.在建立管-土非线性接触力学模型基础上,分析了滑坡落石冲击作用下大孔径薄壁管道的动态响应.在此基础上,研究了落石冲击速度、管道埋深、管道径厚比、管沟填充土类型等工程因素对埋地管道力学响应的影响规律.结果表明：相同体积下,椭球形落石产生冲击力大于球形落石;相同形状的落石,体积越大,管道产生变形越大;管道破坏为局部失效,失效区域约占管道截面的1/6.根据分析结果,提出了具有工程应用价值的建议.     

落石冲击作用下钢筋混凝土棚洞结构的动力系数研究

以钢筋混凝土棚洞为原型,通过ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,考虑在不同能量的落石冲击不同位置的情况下,分析了钢筋混凝土棚洞的动静力响应及其冲击动力系数,得到了弹塑性状态下棚洞冲击动力系数的变化规律。据此,棚洞结构的动力冲击设计可转化为落石的静力荷载作用下的设计,即通过钢筋混凝土棚洞结构在落石静力荷载作用下的最大响应乘以考虑了能量因素的冲击动力系数可以确定落石冲击作用下钢筋混凝土棚洞结构最大动力响应。     

落石冲击对隧道结构安全影响评估

主要分析了落石冲击对二次衬砌的影响,介绍了计算落石冲击力的方法,并通过初砌冲击荷载设计值的计算,得出了一些有价值的结论,指出衬砌背后产生空洞后,其所产生的间接影响应引起高度重视。     

埋地管道在落石冲击作用下的数值模拟

采用刚体离散单元法进行数值模拟,对落石垂直冲击管道正上方时的管道受力特性进行了分析,得出在冲击荷载作用下土体竖向应力在管道表面集中且向两侧速减,同时管体形变为不规则的椭圆体,以及冲击过程是瞬间过程的结论,并得出可以通过加大管道埋深的办法来保护管道。     

高压输气管道在落石冲击作用下热点应力确定的数值方法研究

崩塌落石是高压埋地输气管道破坏的重要原因之一,对管道在落石冲击作用下的强度校核和安全评定意义重大。文章研究高压输气管道在崩塌落石冲击作用下的动态响应,建立了落石—土—管道相互作用的物理和有限元模型,利用LS-DYNA有限元软件进行数值模拟。采用控制变量法分别考虑落石冲击速度与水平地面夹角α、落地点与管道中心距离d、管道外径D、壁厚t、管道内压P、管道埋深h、落石密度ρ、落石半径r和落石冲击速度v这几个因素对高压输气管道动态响应过程中出现的最大有效Von-Mises应力（热点应力）的影响。提出的计算方法和结果对长距离埋地输气管道设计、施工、防护和风险评估具有一定的参考价值。     

预制拼装桥墩受力破坏行为研究

通过设计制作两个几何参数相同的小尺寸预制胶结拼装桥墩试件,并对其施加竖向静载和逐渐增大的水平静载,研究在一定轴压比条件下试件的破坏及破坏类型。研究表明,胶拼接缝强度高于素混凝土强度,开裂界面裂缝发展未沿键的方向斜向发展,而是附近混凝土开裂。构件最终破坏是受压混凝土压碎,破坏前构件柱底截面形成塑性铰,构件发生明显的刚体转动。     

不锈钢钢筋混凝土桥墩冲击损伤性能研究

采用超高落锤冲击试验系统,对3个不同配筋率的不锈钢钢钢筋混凝土桥墩模型试件,对多次水平冲击荷载作用下的损伤性能进行试验研究。结果表明:桥墩裂缝主要发生在撞击正面下部和撞击背面中部。随着冲击能量的增加,试件被撞击正面底部裂缝发展明显并形成主裂缝,同时试件背面根部混凝土部分被压碎。每次水平冲击后试件的超声波速均有不同程度的下降,随着冲击能量的提高,试件损伤因子随之增大且增大速率加快;随着配筋率的提高,试件损伤因子减小且减小速率减缓。     

三开间单跨柔性棚洞在落石冲击作用下的试验研究

为克服钢筋混凝土结构式棚洞施工难度大,费用高等不足,满足快速抢修抢建要求,提出一种由型钢拱架和金属网组成的柔性棚洞。由于三开间单跨柔性棚洞的传载耗能特点与单开间单跨柔性棚洞存在区别,为此在现有单开间单跨柔性棚洞研究的基础上,提出三开间单跨柔性棚洞的设计方案,制作1∶1试验模型,并进行了25kJ、50kJ、100kJ和250kJ的落石冲击试验。宏观试验现象表明：①当落石能量在100kJ范围内时,柔性棚洞能够成功的对其进行拦截,而不需要对结构进行维护;②当落石能量在250kJ时,柔性棚洞在成功对其进行拦截的情况下,仅需要经过简单的维护即可继续投入使用;③柔性棚洞内的净空满足安全要求。此外,采用应变片、荷载传感器和高速摄像机等对落石冲击过程和柔性棚洞中钢拱架的动力反应进行了测试,综合试验测试数据,对柔性棚洞的变形特点、传载耗能机理和破坏特点进行了分析,指出了柔性棚洞中易发生破坏的薄弱部位,提出了下一步柔性棚洞的改进措施。     

近地端水平冲击作用下RC桥墩的动力响应试验研究

为了研究钢筋混凝土（RC）桥墩在近地端水平冲击作用下的动力响应,采用水平撞击试验设备,对3根圆形截面RC桥墩进行了试验研究。本试验以撞击速度为研究变量,得到了桥墩的撞击力时程曲线、位移时程曲线、变形曲线和最终损伤状态。试验结果表明：桥墩在1.70 m/s、2.68 m/s和3.32 m/s三种撞击速度下呈现出轻微损伤、中等损伤和严重损伤三种破坏形态,桥墩的破坏模式为撞击部位与墩底之间的局部剪切破坏,撞击速度对桥墩冲击动力响应和破坏机制有显著影响。本试验可以为车辆撞击桥墩问题的有限元数值模拟提供数据支撑。     

钢筋混凝土柱在冲击荷载作用下破坏模式的研究

推导了钢筋混凝土柱在冲击荷载作用下弯曲型变形与直剪型变形两种单自由度模型动力反应计算公式,并尝试将构件几何尺寸、材料力学性能以及冲击荷载都作为随机变量,考虑荷载不同持时及不同峰值,用打靶法计算了一个实例构件在瞬时冲击荷载作用下的破坏概率,为初步判断构件的破坏模式提供依据。计算结果表明荷载持时与峰值是决定结构构件破坏模式的重要因素。     

拉林铁路变坡面倾角崩塌落石对桥梁结构破坏作用的模拟分析与试验研究

崩塌落石其性质结构复杂、作用因素多样,仍存在众多难题尚未解决,特别是铁路桥梁工程受崩塌落石冲击后的动力响应是当下尚未解决的关键难题之一。本文以拉林铁路某段桥梁工程典型工点为例,运用Rocfall仿真计算,着重就同一结构面不同坡面倾角岩体崩塌落石运动过程对桥梁结构破坏作用产生的平动速度、弹跳高度、总动能等进行动态变化分析,基于上述分析,结合模型试验加速度响应测试,利用SPECTR计算程序对其加速度、速度和位移动力反应谱特性进行分析评价。研究结果:(1)危岩落石运动方式主要与坡面倾角的大小有关,坡面倾角较大,落石从坡面以滚落运动为主;坡面倾角较小,落石从坡面以滑落运动为主。(2)危岩落石受到动摩擦力作用、恢复系数的影响,在每次撞击混凝土桥面的过程中速度都会呈非线性减小。(3)岩体崩塌落石对结构物撞击产生较大的短时加速度脉冲效应,当结构物基频相同时,落石从坡面运动的空间变化是引起振动特性响应差异显著的主要因素。(4)速度响应时程曲线近似呈"余弦"型,总体上表现出随着时间增加呈现非线性增减变化,且大角度坡面倾角其速度响应峰值略大于小角度坡面倾角,落石对结构物的撞击时间效应与坡面倾角相关,坡面倾...     

复合垫层钢棚洞抵抗落石冲击性能研究

工程上常用砂土垫层来缓冲棚洞结构的落石冲击力,但砂土的自重很大,增加了静载作用下结构的内力。由于EPS泡沫材料密度轻、缓冲性能好,本文考虑在砂土垫层中用EPS材料替换部分砂土形成复合垫层,减小落石对棚洞结构的冲击力。基于室外大尺度模型实验,建立了落石冲击作用下EPS复合垫层钢棚洞结构的数值计算模型。不同落石高度下,实验方法获得的测点处的应力时程曲线和数值结果吻合较好,说明了本文建立的数值模型的可靠性。在此基础上利用该数值模型研究了复合垫层对落石冲击的缓冲效果。结果表明：在垫层总厚度不变的前提下,复合垫层的缓冲性能优于砂垫层。EPS厚度越大,棚洞结构受到的冲击力越小,主梁的应力、挠度均减小。但是EPS材料的最大压缩量以及承受的压应力随着EPS厚度增加而增加,这不利于EPS继续承受冲击力。因此,在确保钢棚洞安全的基础上,需要考虑使用EPS材料的经济性,选择最优的EPS厚度。     

桥墩受泥石流破坏机理分析

选取规范推荐公式,建立ANSYS有限元模型,分析了在静力和动力冲击荷载下桥墩应力状态的改变,研究泥石流对桥墩破坏的链式关系以及成灾机理,并提出相应减灾对策,以期为泥石流区桥梁的设计建设提供指导。     

强震崩塌岩体冲击桥墩动力响应研究

 雅(安)-泸(沽)高速公路YK136＋097西冲特大桥16#桥墩岩质边坡发育的陡倾坡外结构面与风化卸荷裂隙构成倒悬危岩体。该区属高地震烈度区(VIII度),运用非连续变形数值分析(DDA)方法,对危岩体在强震作用下的失稳模式、破坏规模、运动轨迹及对桥墩冲击的动力响应进行模拟研究。演进过程如下：强地震力作用产生放大效应,使突出山梁部位岩体首先震裂、抛掷,接续为中下部岩体沿卸荷拉裂面溃崩解体,滑体进而沿主控结构面整体滑塌、冲击桥墩。统计分析坡体及桥墩监测点位移大小和变化特征,表明桥墩上各监测点位移与地震节律呈正相关,在失稳岩块撞击及堆积岩体推挤作用下,系梁与桥墩顶端变形及永久位移较墩身其他位置大,这一过程与“5•12”汶川地震滚石冲击桥梁破坏现象吻合。在对坡体及桥墩变形量化分析基础上,依据强震触发崩塌特征提出了桥梁边坡危岩防治方案。     

岩溶隧道衬砌抗落石冲击计算分析

在岩溶地区修建隧道,经常会遇到溶洞、暗河、突水、突泥等地质灾害,给施工带来巨大难度和工期损失。介绍了城(口)至万(源)快速公路通道八台山隧道施工过程中遇到的一处特大溶洞处治案例,通过计算确定衬砌厚度及洞顶防撞冲击缓冲层厚度,作为设计依据。实践证明:该计算切实可行,加快了溶洞处治周期,减少施工难度,为同类溶洞处治提供经验借鉴。     

弹丸对混凝土薄板的冲击破坏效应

介绍高速弹丸冲击混凝土薄板后所产生的贯穿破坏效应,通过模型试验、数值模拟和量纲理论分析,取得了三者吻合较好的结果,并导出了计算弹丸穿透混凝土薄板后残余速度的经验公式。通过弹丸撞击有限厚度钢筋混凝土靶板的模型试验,获得了有关靶板冲击破坏的宏观图象及弹丸贯穿靶板后的残余速度。介绍了非线性三维动力有限元程序和混凝土材料的脆性损伤模型,对弹丸冲击效应试验中的靶板破坏过程进行了数值模拟,通过数值模拟计算,形象地再现了弹丸高速冲击作用下,钢筋混凝土靶板发生贯穿破坏的物理过程,数值模拟结果与试验中靶板的实际破坏图象十分吻合。通过量纲分析,得出了描述钢筋混凝土板冲击破坏效果各参数之间的无量纲关系,利用现场试验数据进行回归,导出了贯穿条件下的弹丸余速计算公式。     

高压水射流冲击速度对砂岩破坏模式的影响研究

 高压水射流冲击岩石会导致其发生结构破坏,不同的射流速度下,岩石呈现出各异的破坏形式。基于理论研究,分析水射流冲击岩石的应力波效应。选取速度分别为157,316,447,547,632,707和774 m/s的高压水射流开展冲击砂岩试验,分析不同射流速度下,砂岩内裂纹的数量、尺寸与形态。采用有限元法数值模拟了水射流破碎砂岩的过程,分析岩石内应力波的传播规律与裂纹的产生过程。研究表明：(1) 当射流速度大于72 m/s时,砂岩表面出现破碎坑和环形裂纹,前者由水锤压力的剪切作用导致,后者由瑞利表面波的拉伸作用导致;(2)当射流速度为300～700 m/s时,砂岩内部产生大量的横向裂纹并出现体积破碎,裂纹的产生主要由应力波产生的径向拉伸应力导致;(3) 当速度大于700 m/s时,砂岩产生的横向裂纹减少,主要以劈裂剪切方式破坏。