基于三轴试验与离散元模拟的路基土力学特性研究

针对宿州市学府大道路基砂土,通过室内土工试验得到其基本物理性质指标,并结合室内三轴试验,分析不同相对密实度下砂土的应力-应变特性和体积应变特性及其变化规律.结果表明:在固定围压下,砂土的相对密实度越大,砂土抗剪强度和抗变形能力越强,而且砂土的内摩擦角与相对密实度呈正相关,即随着相对密实度的增大而增大.此外,通过建立与室...     

基于动力有限元的路基动力响应数值模拟分析

为了研究路基动力响应特性,本文基于动力有限元原理,采用考虑Rayleigh阻尼的空间三维非均质线弹性体系作为结构模型,通过Newmark法求解在FWD脉冲荷载作用下结构的动力响应,并用Fortran90语言编制了相应的正演计算程序,并与实测数据及大型有限元程序计算结果进行了对比与分析,结果表明：该程序计算结果与实际结果吻合较好,与ANSYS计算结果相近,具有较好的计算精度.     

散体物料对筒仓结构动力响应影响的离散元数值模拟

采用基于离散单元法的颗粒流程序建立筒仓模型,通过对模型基础施加有规律简谐地震动,模拟了筒仓结构在简谐地震动作用下的仓壁侧压力变化情况、位移响应和速度响应,并且通过对筒仓内无散体颗粒、有一半散体颗粒和装满颗粒3种工况下筒仓的动力响应进行模拟,得出筒仓结构与散体颗粒相互作用的动力响应影响情况.     

粘性糊料冲击压实的离散元数值模拟

针对粘性炭素糊料扎固研究的不足,在颗粒运动规律和密实形成机理的基础上,建立了糊料动力压实的离散元方程,推导了糊料颗粒堆积体的应力应变计算公式,分析了时间步长和阻尼参数的选取,并对糊料压实变形过程进行了数值模拟.通过离散元模拟糊料颗粒的相互作用,获得了牯性糊料在冲击载荷作用下的运动及受力情况,以及糊料在各个时刻的演化状态.通过模拟结果与试验数据的对比,论证了该数值模型的准确性,为研究糊料压实变形特性提供了参考.     

锚杆加固条带煤柱的离散元模拟分析

结合煤巷锚杆支护技术与条带开采技术，首次提出了用锚杆加固条带煤柱的新方法。离散元数值模拟结果表明，采用这一方法，不仅可以提高煤柱的稳定性和承载能力，减轻采动损害，还可将煤柱缩小一定尺寸，提高回采率，在“三下”采煤中有着广阔的应用前景。     

净砂与胶结砂土Trapdoor试验离散元数值模拟

Trapdoor试验是一种广泛应用于隧道工程中的研究方法,可以对隧道开挖等引起的结构上应力分布变化进行分析。利用净砂与胶结砂土Trapdoor试验离散元模拟研究土体破坏形态、自由门上土压力分布、颗粒位移以及颗粒转动情况。结果表明:净砂和胶结砂土破坏形态相似,从自由门中心向两侧可以划分为破坏区、剪切带以及影响区域;破坏区内颗粒位移较大,剪切带内颗粒转动明显;与净砂相比,胶结砂土破坏土体表面形成裂缝,由于胶结的存在使得剪切带较窄,土体破坏范围和自由门上土压力都较小。     

高铁路基动载沉降现场监测分析

高铁路基的工后沉降控制是一大难题,其中,动荷载影响的研究尚处于数值计算与试验阶段。依托沪宁城际铁路建设、运营监测数据,基于分离动、静荷载引起沉降的思路,通过静载作用沉降与实测运营沉降取差值,获取动载作用下的沉降测试值,分析了路基由动载引起的沉降特性。结果表明：动载引起的沉降对运营后实测沉降的贡献有限,并不是引起部分断面总体沉降偏大的主要原因;不同地质条件及路堤填筑高度对动载引起沉降的影响较小;动载引起沉降的速率在运营前期发展较快并达到最大,之后沉降速率减小,沉降趋于稳定,运营后的第4年累积沉降约为2~3 mm。     

大型地震滑坡高速滑动堵江机制的离散元数值模拟

汶川大地震触发了大量的大型滑坡,这些滑坡体在峡谷河流地带堵塞河道形成了堰塞湖.本文以唐家山滑坡形成的堰塞湖为例,通过离散元数值方法对地震作用下唐家山滑坡的滑动堵江机制进行了模拟,结论如下:唐家山滑坡确实为一高速滑坡,滑坡从启动到停止,其速度变化曲线具有显著的非线性特征,滑坡的最大滑速达27 m/s;直观地再现了唐家山滑坡的滑动以及形成堰塞体的全过程运动特征和滑坡堵江机制,并把其划分为5个阶段,即滑动启动阶段、加速滑动阶段、减速滑动阶段、遇阻堆积阶段和自稳成坝阶段.     

砌体结构的软化机理与离散元分析

在试验基础上分析了砌体结构的软化机理与离散元模拟.     

不同粒径砂土的细观离散元模拟

基于离散元理论,建立砂土数值模型,并赋予颗粒微观参数进行三维数值模拟.通过大量的颗粒流数值试验,对颗粒微观参数进行调整,得到与室内三轴实验相一致的应力应变曲线.通过改变颗粒微观结构,结果表明颗粒直径对材料的宏观力学行为有比较明显的影响.实验突破室内常规三轴实验的局限性,揭示了微观规律,对以后的岩土工程的颗粒模拟提供了有价值的参考.     

地铁双线盾构隧道下穿高速铁路路基沉降分析

以某地铁双圆盾构隧道下穿高速铁路路基工程为依托,根据天津软土地层条件,采用FLAC3D数值模拟软件,考虑CFG桩复合地基等效、列车荷载、盾构隧道施工壁后同步注浆效果、注浆压力、掌子面土舱压力、施工错距、地下水的影响等因素,模拟了盾构穿越路基的全过程,对路基顶面横向沉降槽形态进行分析研究.研究表明:路基顶面最大沉降量为6.88mm,最大沉降坡度为0.29‰;沉降槽较平坦,形态为单峰,先行隧道施工引起的路基顶面沉降值大于后行隧道引起的路基顶面沉降值.     

基于霍克-布朗强度准则的水力压裂离散元数值模拟研究

基于霍克-布朗强度准则提出了一种修正的破裂压力公式,并用颗粒流离散元(particle flow code,PFC)软件建立水力压裂模型进行了验证.对不同地应力状态下的岩石水力压裂过程进行了数值模拟,通过将模拟计算得到的破裂压力结果与所提出的修正破裂压力公式的解进行对比,发现2者在不同地应力状态下都比较吻合,验证了修正...     

沿河路基三维数值模拟分析

对河道水流水力学特性变化及冲刷特性进行研究,确定沿河公路路基冲刷最大深度,对保障沿河公路安全有重大意义.运用物理模型试验设置河床质,在分析路基冲刷沿程分布特征和流量及弯道角度对路基冲刷影响的基础上,通过模拟临河公路路基冲刷沿程变化,建立沿河公路路基冲刷三维数值模型,采用FLOW-3D对其进行求解,模拟出河道沿程各点冲刷...     

考虑颗粒破碎的堆石料动力变形特性模拟

颗粒破碎是影响堆石料强度和变形特性的重要因素,但目前针对颗粒破碎的模拟研究多在静力荷载条件下.为研究颗粒破碎对小应变条件下堆石料的动力变形特性的影响,采用多个等粒径小球按最密六方排列随机组合模拟不规则形状的堆石颗粒,通过碎片替换法模拟颗粒破碎,研究了花岗岩堆石料不同围压下的动力响应,探索了孔隙率对动弹性模量的影响,分析...     

组合Clump颗粒加筋砂土三轴剪切试验离散元模拟分析

针对常规离散元数值模拟中采用的球形颗粒难以再现颗粒间嵌锁作用的问题,基于不同形状的Clump颗粒,利用离散元软件PFC3D开展了多组三轴剪切数值模拟试验.通过改变球形度和加筋层数研究了颗粒形状和加筋层数对砂土剪切特性的影响,并初步探讨了筋土界面作用机理.结果表明:随着颗粒球形度的增加,试样峰值抗剪强度与残余强度逐渐减小...     

双轴压缩试验中砂土剪切带形成的离散元模拟分析

采用离散单元法软件PFC2D模拟了大量砂土试样双轴试验,分析了砂土剪切带形成机理及发展过程,并通过研究试样剪切带内外应力-应变关系及孔隙比、平均接触数及配位数等参数的变化情况,研究了带内外宏微观性质的差异。研究表明:砂土剪切带的形成过程即为试样内部应变局部化过程,也为试样内部平均转动率(averaged pure rotation rate, APR)的局部化;剪切带开始形成点也为试样剪缩、剪胀分界点;剪切带内外各宏微观参数变化规律上存在明显的差异,主要表现为近剪切带位置土体及带内土表现为应变软化现象,而距带中心较远土体应力应变关系曲线出现‘回滞圈’现象;带内变形量明显大于带外,且带内较带外松散。     

金鸡山隧道拓宽方案离散元分析

结合福州金鸡山隧道拓宽改造工程,通过建立离散元计算模型,对拓宽改造方案进行了优化分析.分别研究了不同方案下隧道围岩屈服、围岩变形、拱顶下沉、衬砌内力特征及中夹岩柱应力状态,研究结果表明:方案1能够保证满足隧道建成后的安全要求,对既有建构筑物的扰动最小,且隧道整体受力状态较好,是最佳方案.研究结果可为今后类似工程的设计、施工提供借鉴与参考.     

深浅仓卸料压力离散元数值模拟研究

筒仓卸料时贮料作用在仓壁上的动压力出现骤然增大及震荡分布的现象,采用室内模型试验法和离散单元法,通过改变筒仓高径比来研究贮料在静态储粮状态和卸料过程中的力学行为,从宏观流态和细观颗粒层次研究贮料颗粒物质的力学行为及二者的本质联系。采用锥形漏斗筒仓,贮料为小麦,装料高4.4 m,直径1.5 m,漏斗高0.7 m,在室内模型试验验证的基础上,利用离散元PFC2D软件分别建立6个不同高径比的深浅模型仓,对筒仓卸料过程进行数值模拟,对静压力、动压力以及超压系数进行对比分析,并从宏观流态和细观动力拱两方面来探究筒仓侧壁动压力增大的原因。结果表明:试验最大动压力发生在筒仓下部约1/3处,模拟最大动压力发生在筒仓下部约1/4处;相同高度、较大直径的筒仓最大动压力随直径增大呈整体上升趋势,但非线性;流态不同、动力拱发生时间不同是深浅仓动压力不同的重要原因。     

基于离散元法崩塌体动力破碎分析

在汶川大地震的影响下,西南地区山体破坏严重．岩质边坡几乎全部出现破坏,崩塌十分严 重,产生了大量的崩塌体,堆积于洞口或缓坡地带;且上方陡坡残留大量震裂岩体,在余震和多雨、 多风的天气下易产生崩塌,对公路产生威胁．采用离散元法对崩塌体模拟,通过对不同粘结强度的 崩塌体动力破碎的影响进行的数值模拟研究．结果显示：崩塌体的粘结强度可以由离散元的平行键 强度来模拟,不同粘结强度对崩塌体的运动和堆积形态有重要影响,再现了崩塌体破碎动力演化过 程．为崩塌体破碎和防御提供理论依据．     

高大平房仓散装粮粮堆底部压力的离散元模拟

对高大平房仓模型仓散装粮粮堆底部压力进行PFC离散元模拟,并与试验结果、规范值进行对比,研究了粮堆底部包括竖向压力、水平压力和竖向摩擦应力等在内的底部压力的分布规律,研究了粮堆底部竖向压力与粮堆堆积高度之间的关系。结果表明:离散元软件PFC(3D)能够很好地模拟粮堆底部压力的非均匀性;当粮堆堆积高度较低时,底部竖向压力较小且较为均匀,随着堆积高度的增加,底部竖向压力逐渐增大并出现非均匀现象;粮堆底部任意一点压力与仓壁摩擦应力、粮堆内部摩擦应力以及该点到两侧仓壁(两侧仓壁垂直相交)的水平距离有关;底部竖向压力的不均匀程度随着粮堆高度的增加而增大;粮堆底部各点,其竖向压力随粮堆高度的变化率不同,竖向压力与粮堆高度之间的关系在堆积高度较高时呈非线性,竖向压力随粮堆高度缓慢增加。