高铁有砟轨道路基面动变形分析方法及可靠度研究

路基面动变形是高铁路基设计的控制标准之一,其影响因素具有一定的不确定性,因此对其进行可靠度研究显得至关重要。利用布氏解公式,得到了列车荷载作用下路基面动变形的确定性计算模型。在确定性计算模型的基础上,引入列车动轴重、基床表层及基床底层弹性模量的变异性,得到了路基面动变形的概率分布。根据《铁路路基极限状态设计暂行规范(试行)》规定的路基面动变形不超过1mm的要求,建立了列车荷载作用下路基面动变形的极限状态方程;通过可靠度指标对参数的敏感性分析,分析了列车动轴重、基床表层及基床底层弹性模量的均值、变异系数等控制因素的影响作用,并以根据目标可靠度指标所确定的变异程度控制范围作为路基设计的控制标准。结果表明,列车荷载作用下路基面动变形服从对数正态分布,且同时受到基床底层弹性模量、动轴重的均值和变异性的显著影响。确定性分析与可靠度分析相结合能够更有利于高铁路基的安全设计。     

基于正交试验砂土地层基坑稳定性参数敏感性分析*

为提高砂土地层中基坑开挖工程参数设计的合理性,确保基坑开挖的稳定和安全,采用正交试验方法研究在砂土层中基坑深度、地下水位、围护结构插入比、土体加固系数、钢支撑数量和支挡强度共同作用下对支挡水平位移、地表沉降值和坑底隆起值等基坑稳定性指标的影响,通过对试验结果的分析确定各因素对指标影响大小的排序,由进一步方差和参数敏感性分析得出各因素对基坑稳定性作用大小的排序。结果表明:各因素对支挡水平位移、地表沉降值和坑底隆起值3个基坑稳定性指标的影响主次分别为:基坑深度>地下水位>支挡强度>钢支撑数量>土体加固系数>插入比;基坑深度>地下水位>支挡强度>土体加固系数>钢支撑数量>插入比;基坑深度>地下水位>插入比>支挡强度>土体加固系数>钢支撑数量;对基坑稳定性按作用程度由大至小排序为:基坑深度>地下水位>支挡强度>插入比>土体加固系数>钢支撑数量。     

特厚泥质顶板巷道锚杆支护关键参数识别与应用

为分析特厚泥质顶板巷道锚杆支护参数的敏感性,以黄岩汇煤矿15107工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算与现场工业试验方法,研究锚杆长度、锚杆间距、锚杆预紧力、锚索长度、锚索间距和锚索预紧力等支护参数对巷道稳定性的影响;并建立巷道顶板力学模型,给出锚索间距的确定方法。研究发现,影响特厚泥质顶板巷道稳定的锚杆支护参数敏感性排序为:锚索间距锚杆预紧力锚索预紧力锚杆长度=锚杆间距锚索长度,锚索间距是影响特厚泥质顶板稳定性的最敏感因素。现场应用结果表明:合理确定锚索间距可以有效控制该类巷道的变形破坏。     

基于神经网络的矮塔斜拉桥近断层地震响应参数敏感性分析*

为研究近断层地震动对矮塔斜拉桥地震响应参数敏感性的影响,提出基于BP神经网络配合有限元分析的参数敏感性分析方法（FBSA法）,以某铁路矮塔斜拉桥为研究对象,进行参数化有限元建模,运用BP神经网络计算近断层地震动作用下矮塔斜拉桥响应以及自振频率对各参数的敏感性系数,分析近断层脉冲地震动对地震响应敏感性的影响规律。研究结果表明:FBSA法可快速、精确地完成敏感性分析,为抗震设计与优化提供更全面的参考;矮塔斜拉桥几何布置和截面尺寸对振型刚度影响较大;近断层脉冲地震动作用下,桥梁位移和内力响应明显增大,各设计参数对桥塔位移、桥墩位移和内力以及主梁横向位移和弯矩的参数敏感性具有显著影响,对主塔内力和主梁竖向位移参数敏感性的影响不明显。     

含腐蚀凹陷压力管道极限载荷数值分析

为评估含腐蚀缺陷的凹陷压力管道的安全性,用有限元弹塑性分析法,建立管道数值计算模型。研究管道缺陷长度、深度、宽度、压头直径、下压深度和初始内压等敏感性参数对含腐蚀凹陷管道极限载荷的影响。基于PCORRC法,推导多因素失效评价公式基本形式。用非线性回归分析法,拟合公式中的待定系数。结果表明,除缺陷宽度外,其余因素对极限内压影响较大;随缺陷深度、下压深度和初始内压的增大,极限内压均呈减小趋势;压头尺寸与缺陷长度相对大小不同,极限内压变化规律存在差异;失效评价公式计算值与数值模拟结果吻合度较高,相对误差较小。     

基于GMS和Slide的透镜体数值模拟和敏感性研究

为准确分析尾矿坝稳定性,充分认识坝内透镜体对尾矿坝的安全影响,确定透镜体对坝体稳定性影响的主要参数,采用条分理论的Slide和有限差分理论的GMS,建立透镜体在尾矿坝的数值仿真模型,通过水位变化,结合水力梯度、浸润线、水压等特征因素及各土层力学参数的敏感性分析,确认透镜体对坝体稳定性的主要影响因素。结果表明:透镜体在坝体的位置分布和力学参数对尾矿坝安全系数存在影响;其摩擦角相比凝聚力的敏感度更高;与其他土层相比,透镜体水头损失更剧烈,水头梯度变化更明显,出现浸润线骤变、波动等现象,影响坝体的稳定性。     

基于FLAC3D的露天矿边坡敏感地层灰色关联分析

为了确定露天矿边坡加固的重点位置,提高边坡治理和安全管理的效率,提出边坡稳定性敏感地层的概念。利用FLAC3D内置的强度折减法,对具有9个地层的某露天矿边坡进行了稳定性分析,确定了弱化后的内聚力和内摩擦角对边坡稳定系数、潜在滑动面位置以及滑动体节点平均位移3个因素的影响程度,并采用灰色综合关联度对边坡的整体稳定性进行了分析,最终得到该边坡的稳定性敏感地层。研究结果表明,边坡敏感地层的参数变化对上述3个因素影响显著,而其他地层的参数变化对边坡整体稳定性影响不大。     

直边坡参数对边坡稳定性的影响

采用量纲分析的方法给出直边坡几何参数和物理力学参数决定边坡稳定系数的通式。首先,边坡高度H和边坡角α被确定为直边坡的几何参数,抗拉强度σt、黏聚力C、内摩擦角和岩土比重γ被确定为直边坡的物理力学参数;其次,采用量纲分析的方法,形式上给出边坡稳定系数F的通式,F=qαpα(C/Hγ)pcφpφ(σt/Hγ)pσ;再次,为了得到待定系数q和待定指数pα、pc、pφ、pσ,通过最小二乘法对数万个计算结果进行回归分析(每个结果都是通过FLAC计算将确定的直边坡参数与它的稳定系数形成对应)。结果表明,在一定的取值范围内,边坡稳定系数的表达式为F=4.63/α(C/Hγ)0.17φ0.83。可见,受MohrCoulomb和拉应力两个强度准则控制的岩土材料形成的直边坡的稳定性受无量纲的黏聚力、边坡角(角度)、内摩擦角(角度)的控制,与抗拉强度关系不大。无量纲黏聚力是黏聚力除以边坡高度和岩土比重。     

基于Hoek Brown强度准则深埋隧道掌子面稳定性分析*

为了研究孔隙水压力作用下深埋隧道掌子面的稳定性,构建了深埋盾构隧道的二维刚性有限平动多块体的破坏模式,并引入了Hoek Brown强度准则。利用极限分析得到掌子面前方土体的内部耗散能和外力做的功,利用Hoek Brown强度准则推导得到极限支护力的目标函数,通过MATLAB数值软件的规划求解得到支护力的解,和既有文献中的成果对比,2种方法得到解的最大误差为6.7%,验证了Hoek Brown强度准则的有效性。对各个岩体参数下深埋隧道掌子面极限支护力的变化规律进行分析,结果表明:深埋隧道掌子面前方的极限支护力随着扰动因子D和孔隙水压力系数ru的增大而增大,随着地质强度指标GSI和参数mi的增大而减小;破坏范围随着参数mi和孔隙水压力系数ru的增大而减小,而随着地质强度指标GSI和扰动因子D的增大而增大。研究结果可为岩质地层中深埋盾构隧道掌子面支护力的设计提供理论依据。     

单液滴介观润湿行为理论模型与动态特征

为从介观尺度考察液滴在固体基面的铺展特性,基于格子玻尔兹曼方法(LBM),在D2Q9物理模型中,通过离散速度和作用力,建立单个液滴动态润湿二维模型;利用上述理论模型,结合解析解,验证模型准确性,进一步引入无量纲参数Bond数,表征重力与表面张力相对大小对液滴润湿轮廓的影响,定量分析气-液界面参数和壁面属性对接触角和铺展系数的影响特征。研究结果表明：终态接触角和铺展系数由固体基面固有润湿属性和表面力决定;势能和表面能的相互转化是液滴实现动态润湿的关键,介观尺度下液滴特征半径不大于25时,液滴越大,终态接触角越小,铺展系数越大,一旦超出区间临界值,终态接触角和铺展系数将趋于定值;固体基面属性越大,则亲水性越强,终态接触角越小,液滴越容易铺展;气-液界面属性的绝对值越大,则表面张力越小,铺展系数越大,润湿效果越好。     

城市高压燃气管道的结构可靠性分析

埋地钢管的失效受多种因素影响,目前在城市燃气管道设计及在役管道安全性评估中,忽略了各因素的随机性而将其视为确定量。为分析各变量的不确定性对管道安全运行的影响,根据城市埋地燃气管道受力特点建立了管道失效力学模型,运用可靠性理论对模型中影响燃气管道失效的十三个参数进行了敏感性分析。结果表明:材料屈服强度、管道压力、竖直荷载、管道壁厚、管道弯曲系数、管道基座系数等六个随机参数最容易造成管道结构失效,而其余七个参数对管道失效的重要性均不超过1%;各随机参数均值和变异系数的相对变化对管道可靠性的影响不同,屈服强度、管道压力和管道壁厚三个参数的均值变化对可靠性影响最大,与管道壁厚变异系数相比,竖直荷载变异系数变化对可靠性的影响更大。     

富水红砂岩地层隧道联络通道冻结温度场分布规律及其敏感性分析*

为了明确富水红砂岩地层中冻结温度场的影响因素,研究温度场的发展和分布规律,以兰州地铁2号线定西路站到五里铺站之间的隧道联络通道为研究背景,建立三维瞬态温度场有限元模型对冻结加固过程进行模拟,通过数值模拟和实测数据对比验证模型的准确性进而分析土体密度、导热系数、比热容的变化对温度场发展的影响。通过灰色关联分析法,得到各土体参数对温度场发展的影响程度。研究结果表明:冻结孔越密集,形成的冻结帷幕越厚,冻结壁温度越低;随着导热系数增大,形成的冻结壁温度降低,随着土体密度和比热容增大,形成的冻结壁温度升高;影响温度场温度的各参数灰色关联度排序为:比热容>密度>导热系数;当各参数分别增大30%时,温度场温度变化程度排序为:密度>导热系数>比热容。研究结果可为类似地质冻结工程的设计施工及土体改良提供参考依据。     

复杂气井套管力学分析与可靠度评价

为建立考虑地层和套管参数随机性的套管可靠度评价理论方法,以便得到复杂井况下套管传统设计安全系数与可靠指标之间的关系,提出了非均匀地应力和内压联合作用下,沿套管最大外挤力方向管壁任意位置发生屈服失效时外壁等效均匀外挤力的计算方法;建立了套管抗挤和抗内压三轴强度计算公式以及有效内压计算方法;根据套管载荷和强度影响因素统计参数以及评价过程中参数测试标准值,利用蒙特卡洛法（MC）建立了完整的套管可靠度计算和评价方法;通过实例对传统安全系数与可靠指标的对应关系进行了研究。研究结果表明:指定条件下,套管安全系数与可靠指标之间存在对应关系;利用建立的方法编制计算程序可以为传统设计法中安全系数代表的安全程度进行量化;可靠度评价方法能够为安全系数的选取提供指导。     

毕机沟露天矿岩体力学参数折减系数的数值模拟确定

岩体力学参数是边坡设计、边坡稳定性研究的基本条件,力学参数选取正确与否直接影响模拟结果的准确性。现场试验获取岩体力学参数既昂贵又费时,一般借助室内岩石力学试验并进行参数折减得到岩体力学参数,但各方法折减系数差异较大。依据毕机沟露天矿边坡开挖现状,结合工勘的岩石质量指标RQD,在室内岩石物理力学性质试验的基础上,应用拉格朗日有限差分法(FLAC-3D),分别研究单一参数变化及正交变化的边坡稳定性。正交试验中以边坡水平位移为评价指标,选择围岩体3个基本力学参数弹性模量E、内摩擦角Φ、黏聚力C为试验因素,计算模拟各参数不同水平组合下的位移分布,通过极差分析和方差分析,得出各参数对水平位移的影响显著性。结合边坡的应力分布,从而综合确定该矿山的岩体力学参数折减系数。     

长江三角洲区域性软土路基沉降特性研究

为研究长江三角洲区域性软土路基的沉降特点,对长三角地区滨海相软土的沉积环境、地层分布特点和工程特性进行了系统分析。基于研究区内典型软土地段高速公路软基沉降的观测数据,研究了该地区软基沉降的变化规律,分析了场地工程地质条件和填土高度等因素对软土路基沉降的影响。结果表明:长三角地区海相软土地层与陆相地层相互交叠,海相软土具有高压缩性、低强度和较强的结构性;软基沉降曲线有3种类型,沉降量随硬壳层厚度减小、软土层厚度增加而增加,不同软土路基处理路段的沉降特点具有显著差异。     

多因素影响下系统故障预防的多方案比选方法研究*

为研究多因素影响下系统遭遇危险事件前预防方案的选优,在集对分析和空间故障树基础上提出比选方法。首先,论述集对分析与空间故障树理论结合的可行性;其次,研究系统故障预防的多因素多方案比选方法和步骤;最后,通过实例进行分析。研究结果表明:停运方案没有因素分量系数影响,其损失是停运带来的经济损失;无措施方案的系统常分量系数最小,因素分量系数最大;采取措施方案中,当常分量系数相差不大时,因素分量系数积最小者为最优方案。使用赵森烽-克勤概率表示危险事件的发生特征是可行的;常分量系数代表方案对系统故障预防效用的可靠性,因素分量系数代表该可靠性的稳定性;结合常分量系数和因素分量系数即可确定最优方案。该方法适合于故障发生对因素变化敏感的系统。     

隧道地层变位的可靠性分析

分析了隧道与围岩设计中的不确定性因素 ,指出由于隧道及岩土参数分布的随机性 ,地层变位具有不确定性。运用ANSYS有限元程序建立隧道地层变位的计算模型 ,进行数值模拟并取得地层变位的原始数据。在此基础上把主要影响因素视为随机输入变量 ,地层变位为随机输出变量 ,采用蒙特卡洛方法模拟出地层位移的统计值 ,进而计算出地层变位的可靠指标与失效概率 ,并通过相关系数矩阵和概率灵敏度图分析了随机输入参数对地层变位的影响 ,为隧道地层变位的可靠性分析提供了一种新的途径。     

考虑峰后软化的圆形巷道稳定性分析及工程应用

为获得更准确的巷道围岩应力分布和变形特征,基于统一强度理论,考虑围岩塑性软化和中间主应力的影响,引入塑性软化参数,推导出巷道围岩弹塑性区应力、塑性区范围和位移的表达式。通过算例分析,得到塑性软化系数和中间主应力等相关参数对巷道围岩应力分布、塑性区半径和位移的影响规律。研究结果表明:随内摩擦角软化系数和黏聚力软化系数的增大,围岩塑性区半径和位移呈现先急剧后缓慢的减小趋势;中间主应力系数对巷道围岩弹塑性应力有着显著影响,中间主应力系数越大,围岩塑性区半径和位移越小。     

穿越水域输气管道裸露悬空段的应力敏感性分析

为保证穿越水域输气管道裸露悬空段的安全运行,需要对裸露悬空段的应力进行敏感性分析。根据流体动力学和固体力学理论,利用有 限元软件对水流冲击下的裸露悬空管段进行流固耦合模拟分析,并找出影响管道受力的主要因素。基于模拟计算结果,采用单因素敏感性分析 法分析各影响因素对管道应力的影响程度,计算各敏感度系数并识别出影响管道应力的关键因素。计算结果表明:裸露悬空管段的径厚比和悬 空长度为影响管道应力的关键因素,两者与管道应力同方向变化,且管道应力对径厚比的敏感性相较于其对悬空长度更强。     

含腐蚀缺陷埋地管道在外力作用下的承载力研究

针对地质灾害对埋地管道安全运行的威胁,采用非线性有限元法,利用ABAQUS软件建立外力作用下含缺陷管道的有限元模型,研究缺陷长度、宽度和深度3个参数对含缺陷埋地管道承载力的影响,确定优化的物理实验工况参数;对含预制缺陷的管道进行全尺寸静载物理实验,研究含缺陷的管道在3点弯曲静力加载情况下的缺陷发展变化规律。研究结果表明:当缺陷深度系数达到0. 6、缺陷长度系数达到0. 5之后,缺陷深度和长度的增加对管道承载外力的影响已不明显;缺陷宽度系数对管道承载力的影响随宽度系数增加越来越显著。