不同外载和冷端温度条件下深厚表土冻胀特性试验

通过安徽理工大学自行研制的100 KN微机控制多功能冻土冻融压缩试验机进行了不同冷端温度,不同载荷条件下的单向冻结深厚表土的试验研究.比较分析了在该条件下土体内部的温度场变化规律、水分迁移情况、位移变形规律、冻结锋面的发展与时间的关系等,试验结果表明:载荷越大土体的冻胀变形越小,水分迁移速度越小,迁移量越小等规律.掌握了深厚表土的冻结特性.     

红砂岩粗粒土动力试验及颗粒破碎模型研究EI北大核心CSCD

铁路路基建设需要经过泛红砂岩地区,红砂岩路基的稳定性对列车安全起到至关重要的作用。为研究列车荷载对红砂岩粗粒土动力特性以及颗粒破碎的影响,采用室内大型动静三轴试验系统,开展动力荷载下的红砂岩试样动力响应测试,分析了粒径大小、加载次数对轴向应变、动力软化以及颗粒破碎的影响。根据动力破碎三轴试验结果,构建了动力作用下的颗粒破碎模型,并对模型进行了验证。研究结果表明:在加载次数一定的条件下,颗粒粒径越大对应的轴向应变越大;颗粒粒径越小,越早完成颗粒破碎及土体结构调整。粗粒土软化曲线呈半对数关系,颗粒粒径越大,软化系数越小。动力荷载下,大粒径颗粒主要演化为下一级粒径颗粒和细小粒径颗粒,破碎形式为研磨,存在一个极限破碎级配。根据动力破碎试验建立了动力破碎的概率密度函数f,构建了动力条件下的颗粒破碎模型。该模型能够较好的模拟动力作用下的颗粒破碎过程。Marsal颗粒破碎率Br与颗粒破碎模型中的死亡率Ps-t呈线性关系。研究结果能为铁路路基工程相关设计提供一定的理论参考价值。     

基于高速铁路路基冻胀的轮轨动力响应研究

季节性冻土区高速铁路无砟轨道路基冻胀,影响了列车运行的安全性、舒适性以及无砟轨道主体结构的服役性能。为研究路基冻胀和高速行车荷载组合效应下的轮轨动力响应,建立了车辆-轨道-路基冻胀耦合动力学模型,对路基不同冻胀幅值、冻胀位置和行车速度下CRTSⅠ型板式无砟轨道轮轨动力响应及轨道结构受力进行分析。结果表明:冻胀发生区段轮轨动力响应增大,列车以350 km/h运行时的安全性和舒适性满足冻胀管理标准要求,但轮轨力随冻胀幅值和速度的增加而增大;轨道板和底座板振动加剧,在计算冻胀波长和幅值范围内,离缝处轨道板振动加速度峰值超过动态验收标准要求,容易引起离缝处CA砂浆层及路基基床表层伤损破坏,且轨道板、底座板振动加速度随行车速度增加而增大;轨道结构动应力和列车荷载传递关系密切,路基冻胀状态下列车荷载引起轨道板和底座板处于交替和交变的拉压受力状态,需要在设计中提出控制裂纹的措施,行车速度对短波冻胀时轨道结构受力影响较小。     

一维传热方程瞬态问题解析解及其应用

探究路基及浅层土体的温度随深度的分布规律，对冻土区域路基的合理设计有重要意义。该文根据实际浅层土体温度边界情况，建立了一维传热瞬态模型并给出其解析解，通过与数值模拟及现场测试结果的对比验证了解析解的正确性。仔细考察介质分层情况下的热传导过程发现，传热问题在一定程度上存在与波动问题类似的现象，即在分层界面处有热传导的反射与透射，结合对解析解的分析及数值模拟，对此种“温度波”现象进行了论证分析，发现此种波总是伴有明显的衰减。此外，还探讨了解析解在冻深估计、有关模型试验中几何相似关系的确定、“覆盖效应”数值模拟等方面的应用。     

非饱和土中温度引起水分迁移的光滑粒子法数值模拟EI北大核心CSCD

基于光滑粒子法(Smoothed particle hydrodynamics,SPH)的基本原理,尝试着对给出的非饱和土中水热耦合问题进行数值模拟。首先,采用基于SPH算法自行编制的程序对抛物型偏微分方程进行求解,并与解析解做出对比。计算结果表明,SPH算法用来数值模拟抛物型偏微分方程是可行的及有效的,这就为进一步采用SPH算法计算非饱和土在温度作用下的水分迁移问题提供了理论依据。然后,对非饱和土介质中热能传输以及水分迁移的规律进行了数值计算,其中重点计算了不同热扩散系数、温度诱致的水分扩散系数、等温条件下的水分扩散系数和热源条件下的体积含水率和温度分布的特点,并对其演化过程和机理进行分析,从而将SPH算法的应用范围作了扩展。     

非饱和土中温度引起水分迁移的光滑粒子法数值模拟

基于光滑粒子法(Smoothed particle hydrodynamics,SPH)的基本原理,尝试着对给出的非饱和土中水热耦合问题进行数值模拟。首先,采用基于SPH算法自行编制的程序对抛物型偏微分方程进行求解,并与解析解做出对比。计算结果表明,SPH算法用来数值模拟抛物型偏微分方程是可行的及有效的,这就为进一步采用SPH算法计算非饱和土在温度作用下的水分迁移问题提供了理论依据。然后,对非饱和土介质中热能传输以及水分迁移的规律进行了数值计算,其中重点计算了不同热扩散系数、温度诱致的水分扩散系数、等温条件下的水分扩散系数和热源条件下的体积含水率和温度分布的特点,并对其演化过程和机理进行分析,从而将SPH算法的应用范围作了扩展。     

不同离散化方法在正冻土水热耦合模型中的应用

为了研究土体冻结过程中温度传导与水分迁移的变化,在不饱和土理查德斯方程的基础上考虑相变作用建立了一维土体冻结过程的水热耦合模型。分别应用有限差分与有限元方法对模型进行离散化,得到两种方法各自的数值计算程序。同时对土体室内单向冻结实验进行模拟,将两种数值方法得到的土体冻结深度、冻结速率与温度变化分别与实验结果进行对比。结果表明:对于一维冻结问题,有限差分模拟更接近实验结果,有限元模拟具有更高的计算稳定性。     

冻结速度对黄土物理性质影响的试验研究

冻结速度堆黄土物性参数具有总要影响。使土样在封闭系统开展天然状态不同冻结速度的冻融循环试验。试验表明：土在冻结过程中,环境水分向冻结锋面迁移,致使土体的含水量增大;随着冻结速度的增大,即冻结时间的缩短,环境水分迁移的量减小。对于冻结速度较慢的情况,水分冻胀作用对黄土的体积影响不明显;对于冻结速度较快的情况,冻结速度越大,体积变化越小,液塑限越大。试验表明昼夜温差的变化对黄土土性的影响大于数月温度缓慢变化的影响。     

冻结速度对黄土物理性质影响的试验研究

冻结速度堆黄土物性参数具有总要影响。使土样在封闭系统开展天然状态不同冻结速度的冻融循环试验。试验表明：土在冻结过程中，环境水分向冻结锋面迁移，致使土体的含水量增大：随着冻结速度的增大，即冻结时间的缩短，环境水分迁移的量减小。对于冻结速度较慢的情况，水分冻胀作用对黄土的体积影响不明显：对于冻结速度较快的情况，冻结速度越大，体积变化越小，液塑限越大。试验表明昼夜温差的变化对黄土土性的影响大于数月温度缓慢变化的影响。     

高铁桩网复合路基环境振动影响因素分析

为了研究高速列车动荷载引起的桩网复合路基环境振动的影响因素,运用ABAQUS有限元软件,建立了包含垫层、桩帽、桩体的轨道-路堤-桩网复合地基三维有限元模型。首先以京沪高铁苏州站东侧某段桩网复合路基为背景建立模型,将模拟结果与实测结果对比,验证了该数值模型方法的可靠性。在此基础上,分析了车速、路堤高度及土体阻尼比对高铁复合路基地面环境振动的影响。研究表明,近轨道中心处,车速与路基土体的共振条件决定地面振动大小;距轨道中心远处,地面振动主要由车速决定;路堤高度越高,复合路基中加固范围越大,对列车动荷载引起的地面振动减小越大,原因是垫层和桩体将振动波向路基深部传播;土体的材料阻尼比决定路基远处地面振动,材料阻尼越大,地面振动随距离衰减越快,因此预测路基远处地面振动需要合理的获取确定土体的阻尼比。     

重载铁路路基足尺模型试验研究

以朔黄重载铁路为工程背景,通过构建重载列车模拟加载系统和路基足尺模型,开展路基动力响应试验,分析了在循环加载条件下路基的动力响应特性。试验结果表明,路基中不同深度动应力峰值均随着轴重的增加而增加,轴重越大,动应力的影响深度越大,路基中动应力随深度的增加呈负指数衰减趋势。路肩处动位移峰值随轴重的增加而线性增加。当轴重增加到30 t后,路基达到临界破坏状态,可见按照原朔黄铁路路基建造标准,其最大运行列车轴重约为27 t,如再增加列车轴重,路基需预先采取强化措施。试验结果对建造运行列车模拟加载系统及足尺路基模型具有借鉴参考意义,同时有助于深刻理解列车轴重对路基动力响应特性的影响。     

路基压实粉质黏土动态回弹模量的四参数预估模型及有限元实现

利用动三轴试验,研究路基压实粉质黏土动态回弹模量的影响因素,分析动态回弹模量对偏应力、体应力等因素的依赖关系,通过双因素回归分析,在AASHTO-N37A动态回弹模量预估模型的基础上引入k4项,提出了含四参数的改进模型。为了使该改进模型能有效运用于有限元计算中,基于广义Hooke定律推导了其精确一致切线刚度矩阵,通过编写用户自定义材料子程序(UMAT)将改进模型移植入有限元软件ABAQUS中,分别在单个土体单元和路基路面结构条件下对改进模型进行了计算验证。研究结果表明:四参数改进模型能更好预估粉质黏土在不同压实度下的动态回弹模量,利用二次开发的改进模型在有限元软件中计算得出的土体单元的应力—应变关系与解析解较为吻合,而将改进模型运用于路基路面结构分析可以体现因应力不同造成的回弹模量在路基各个位置的差异,同时能反映车辆荷载作用下回弹模量的演变,实现了模量与应力状态的动态耦合,从而路基路面结构设计提供了更为真实的数值模拟方法。     

30t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应研究

为研究多跨30 t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,采用经过验证的梁轨相互作用模拟方法,建立了考虑桩-土共同作用、桥墩弹塑性变形、滑动支座摩阻力、线路非线性阻力的多跨重载铁路简支梁桥与双线有砟轨道相互作用仿真模型,揭示了一致激励和行波效应下重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,探讨了路基段钢轨长度、简支梁跨数、跨度、线路纵向阻力形式、滑动支座摩阻系数等设计参数的影响,分析了温度、列车制动和地震耦合作用下系统的受力特征。研究表明:当地形地质条件相差不大时,简支梁跨数可简化为11跨、路基段钢轨长度可取为150 m;线路阻力减小时,梁体间、梁体与桥台间可能出现碰撞现象甚至发生落梁;纵向一致激励下,钢轨应力包络图呈"双菱形",其最大值出现在桥台附近,而梁缝附近梁轨相对位移较大,易发生动力失稳;行波效应下,系统受力和变形规律发生显著改变,即使对于跨度较小的简支梁桥,也应考虑行波效应的影响;温度和列车制动作用将进一步增大轨道结构在地震中发生动力失稳的可能性。     

论路基黏土填料的冻害防护措施

疏干孔在铁路粉质黏土填料路基冻害治理方面的应用还不多见。本文结合兰新铁路路基冻害整治工程实例，对路基冻害原因进行了分析，提出了疏干孔在抑制路基冻胀等方面的原因及效果进行了分析和研究，取得了较好的冻害治理效果，为其在今后该领域的推广应用提供依据。     

基于土体振动能量吸收特性的层状路基缩尺模型尺寸效应研究

针对缩尺模型试验的尺寸效应问题,以车辆荷载作用下的上硬下软型双层路基为研究对象,从揭示动应力衰减规律角度出发,选取土体能量吸收系数作为表征尺寸效应的参量;基于不同比例计算模型的数值模拟结果,给出动应力代表值沿深度的衰减公式,并依据均质土体能量吸收系数与模型比例的拟合关系,构建出硬、软土层内的尺寸效应响应方程;根据动应力界面传递系数与模型比例的函数关系,并引入无量纲"土层界面能量吸收系数",推导得出土层界面过渡段的尺寸效应响应方程;借助现场监测数据和室内模型试验,验证了尺寸效应响应方程的可靠性。研究表明:在振动频率取1~5 Hz前提条件下,运用缩尺模型试验结果和尺寸效应演化规律能够反演原型试验的工况,相关成果对工程实际有一定的指导意义。     

寒冷地区公路路基冻损机理及影响分析

根据寒冷地区特定的自然条件,从水分迁移和聚冰层形成过程阐明路基冻损的机理,分析路基冻损对道路性能的影响及原因,总结预防路基冻损的设计原则和基本途径。     

对高速公路软土路基沉降影响因素分析

本文首先论述了路基土体的变形特性、路基土体压缩特性和压实特性;随后从地形与地质条件、水文气候条件、路基填料种类及质量、路基设计、施工因素影响等方面,分析了路基差异沉降产生的原因,最后结合工程实际分析了各个因素对路基沉降的影响。     

基坑开挖数值模拟中土体本构模型的选取

基坑开挖数值分析中的一个关键问题是选取一个合适的土体本构模型。该文通过对基坑开挖过程中土体的主要应力变化路径进行分析, 指出开挖条件下的土体本构模型应能合理考虑土体变形特性的应力路径相关性和压硬性。在介绍与分析几种常用土体本构模型特点的基础之上, 通过模拟应力路径三轴试验、基坑工程算例与工程实例的对比分析, 探讨了常见土体本构模型的适用性。分析表明, Hardening Soil Model采用了不同的加荷与卸荷模量, 能够反映土体应力路径的影响, 且考虑了土体模量的应力水平相关性, 能预测得到较合理的坑壁侧移、地表沉降以及支护结构的内力, 因而建议采用Hardening Soil Model进行基坑开挖数值模拟分析。     

瞬态高强加热条件下含湿多孔介质传热传质模型研究

提出了瞬态高强加热下含湿多孔介质传热传质的新模型，模型包括的水分种类齐全、水分迁移机制全面，假设条件相对较少，考虑了非Fourier传热效应和非Fick传质效应。新模型通过具体的分区分析得到简化并更加实用。     

阻尼变化对脱冰冲击下输电线路动态特性影响

在初始脱冰冲击下,发生振动的输电线路不仅质量和刚度会随时间变化,而且阻尼也呈现出时变特性,导致系统的动态响应更加复杂,以往对此鲜有研究。通过考虑诱发脱冰效应,给出输电线路系统动力学方程,采用用户自定义"单元生死"子程序实现对系统时变特性的有限元模拟;采用瑞利阻尼模型,系统地研究阻尼率、阻尼取值方式和阻尼矩阵更新方式变化对发生自然脱冰的输电线路动态特性的影响。结果表明,阻尼率和阻尼取值方式变化对系统动态特性的影响明显,阻尼矩阵更新方式对其影响较小;考虑诱发脱冰效应和阻尼的时变特性后,输电线路脱冰振动的幅度显著增大,以往的模拟方法低估脱冰跳跃造成的危害,存在安全隐患,采用所提方法有助于保证输电线路安全。