深季节冻土区列车行驶路基振动数值模拟研究

分析大庆深季节冻土区铁路路基的冬季现场加速度监测结果,获得了列车经过时铁路路基冻结地表振动加速度的时程特性及其衰减规律,并运用动力有限元方法进行了动力响应分析。研究结果表明:①随着列车行驶速度的增大,路基振动加速度亦增大,且重载货车振动响应大于高速客车;②列车行驶引起的路基振动加速度幅值,随着距线路中心距离的增加而迅速衰减;③应用有限元方法分析列车行驶路基振动特性是可行的。本文为研究深季节冻土区铁路路基振动特性提供了一种分析方法,对加深了解深季节冻土区铁路路基振动特性具有重要意义。     

某湖滨路拓宽改造工程的稳定性分析及处理方案研究

针对某湖滨路的拓宽改造工程,选取地基土层最不利的断面进行数值模拟,并采用强度折减法研究其整体稳定性。数值分析结果表明,加宽后的新路基稳定性较差,安全储备不能满足要求,需要采取加固措施。对初步设计提出的仅采用土工格栅和采用土工格栅+水泥搅拌桩这两种不同加固处理方案进行了数值分析。计算结果表明,相比仅采用土工格栅,采用土工格栅+水泥搅拌桩进行软基处理可以有效地减小不均匀沉降、提高路堤的整体稳定性。本文的实例研究可供类似工程参考和借鉴。     

返包式土工格栅加筋路堤现场试验与数值分析∗

结合一座土工格栅加筋路堤的建造施工,埋设土压力盒、柔性位移计等元器件,测试了路堤在施工过程中竖向土压力、水平土压力、土工格栅拉应变的分布规律,并在此基础上开展了加筋路堤的数值分析,研究了加筋路堤的变形与潜面滑裂面形态。结果表明：①土工格栅加筋路堤内竖向土压力随路堤填高的增加而增大,在沿土工格栅布设方向上竖向土压力呈“单峰”状分布,峰值出现在土工格栅中部附近;②坡面生态袋后水平土压力较小,且受路堤边坡侧向变形的影响明显,加筋体后的水平土压力随填土高度增加近似线性增大;③路堤内各层土工格栅主加筋部分的拉应变在布筋方向上也为“单峰”状分布,峰值一般都出现在距坡面 3.5 m 处;④坡面返包部分筋材的拉应变主要产生于上部相邻两层填土施工期间;⑤加筋路堤的潜在破裂面可简化为 0.35H 的折线型。     

土工格栅在复合地基中对桩与土的作用机制数值分析研究

土工格栅加筋垫层复合地基近年来在处理软土路基中得到了广泛应用,但土工格栅在复合地基中对桩与土的作用机制,尚无系统研究。基于弹塑性摩尔库仑模型,采用PLAXIS有限元软件,详细分析了无土工格栅和有土工格栅在不同抗拉强度下对路基沉降、侧向位移,桩的轴力和剪力以及基础的应力扩散等影响,得到土工格栅能有效减少路基沉降及侧向位移等结论,对于路基工程中土工格栅强度的选取及其它应用具有一定的指导作用。     

轨道交通荷载下路基土的动力学行为研究进展

随着高速铁路、城际列车、地铁和轻轨等快速轨道交通的迅速发展,以及既有铁路列车提速,列车高速运行引起的地基振动、永久变形以及一系列相关的土动力学和岩土工程问题已经成为亟待解决的关键问题。通过对国内外关于轨道交通荷载作用下地基土的动力响应的理论研究、现场测试、土的动力特性以及地基土的永久变形研究进行评述,分析和总结了目前轨道交通荷载作用下路基土研究中存在的问题,并提出了尚需进一步研究的建议。     

既有线200 km/h提速客货共线直线段轨道的动力特性

既有线提速是高速铁路发展的重要方向之一。本文主要对轨道路基在列车荷载作用下的动力响应规律进行了研究。首先,建立轨道系统在移动荷载作用下的动力响应理论分析模型,该模型将轨道结构视为连续支承欧拉梁,对ANSYS软件进行二次开发,实现了模型的数值分析;然后,建立直线段轨道数值分析模型,利用该模型分析了荷载速度、载重、不平顺波长、不平顺波深对既有线路提速200 km/h客货共线直线段钢轨、轨枕的竖向位移及竖向加速度的影响。可为制定新的铁路养护技术规范提供技术参考。     

端承桩‑土动力相互作用的频域子结构分析方法∗

对动力荷载作用下桩‐土相互作用问题,将桩和结构等效为一维杆、土体假定为黏弹性介质,提出了一种桩‐土动力相互作用的频域子结构分析方法。首先,基于连续介质力学方法,通过引入势函数对土体振动方程进行解耦, 根据边界条件推导桩周土体位移和应力的表达式,并结合桩‐土耦合连续性条件推导出均质土体中水平抗力表达式。之后,基于有限元方法将桩和结构采用梁单元离散,进一步通过有限元离散得到土体水平抗力与桩位移之间的动力刚度矩阵,并将其与桩和结构的动力刚度矩阵耦合形成耦合有限元方程,从而建立了结构‐桩‐土体系动力响应的频域子结构模型。最后,通过 Abaqus 软件中的三维有限元模型对该方法进行了验证;利用提出的模型分析了土体动力刚度、土体阻尼和土体模型等对结构动力响应的影响,并分析了地震动一致和非一致激励对结构地震响应的影响。     

地铁荷载引起的盾构隧道及土层长期沉降研究

在软土地区,投入运营的地铁盾构隧道会因各种原因产生长期沉降,构成影响隧道结构和运营安全的关键问题,而地铁荷载被认为是影响隧道长期沉降的重要因素之一。基于此,以上海地铁一号线为例,采用有限差分软件FLAC3D建立土层-隧道-道床的三维模型,采用人工数定激励函数来模拟地铁列车荷载,通过编写FISH语言施加动载,在不考虑及考虑地下水影响两种工况下,分别进行动力计算及动力流-固耦合计算,最后结合经验拟合模型计算出长期沉降量,分析了列车荷载对隧道及周围软土长期沉降的影响规律。     

高强钢绞线网-聚合物砂浆加固钢筋混凝土板的抗爆性能数值分析

为研究高强钢绞线网-聚合物砂浆加固混凝土板的抗爆能力,用混凝土HJC动力本构模型,建立了混凝土板、炸药及考虑空气介质影响的流固耦合有限元计算模型。用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对在爆炸荷载作用下加固前、后混凝土板的破坏形态和抗爆性能进行了数值分析。研究结果表明:混凝土板用高强钢绞线网-聚合物砂浆加固后,抗爆炸冲击能力明显提高。当小药量爆炸时,板顶、板底同时加固的效果明显优于板底单一加固;当药量较大时,板顶、板底同时加固的效果与板底单一加固相差不大。     

辽西风积土路基振陷研究及数值模拟

随着铁路车辆轴重增大、速度提高以及行车密度加大,长期行车必然使路基产生较大的累积塑性变形,因此对路基振陷的进一步研究已刻不容缓。本文主要以辽西高速铁路沿线的风积土路基为研究对象,取其原状土,通过室内常规土工试验获取风积土的基本物理和力学参数;根据试验结果,对风积土在长持时动荷载下的振陷量进行回归分析,进而得出预测振陷的方法;基于MIDAS软件,进行风积土路基在列车振动荷载下的振陷的数值模拟,根据模拟过程中参数的调整,得出风积土路基振陷量随参数的变化关系;最后,提出针对风积土路基抗振设计和隔振措施,进而得到用于指导风积土路基抗振和隔振措施的统一设计方法。     

地铁运行引起宿舍楼环境振动预测及隔振措施研究

以南昌地铁1号线旁穿建筑南昌某学校宿舍楼工程段为研究背景,分别基于SIMPACK和ANSYS建立列车-轨道多体动力模型和轨道-隧道-土层-建筑有限元模型,预测了地铁运营之后对宿舍楼的振动影响。结果表明:列车行驶速度越快,轮轨作用力峰值浮动越大,但其均值不变;运行线路距离宿舍楼越近,振动影响越大,振动主频越高,上行线与下行线同时运行时引起的环境振动影响最大,此时该宿舍楼的环境振动超出标准规定夜间限值4.43dB,超出昼间限值1.43dB;DTⅠ型减振扣件隔振效果一般,弹性支撑块的隔振效果要优于DTⅠ型减振扣件,钢弹簧浮置板的隔振效果最好,建议该地段采用钢弹簧浮置板进行隔振。     

循环荷载作用下加筋土路基动力响应研究∗

为明确模块面板式加筋土路基在顶面循环荷载作用下的受力变形规律与机制,以延安市某加筋土路基工程为背景,开展动三轴试验,关注不同荷载强度下试样动应力、动应变等多项指标的演化趋势,同时搭建加筋土路基数值模型并完成计算,明确路基水平沉降与面板侧向位移的潜在规律,进而探讨循环荷载作用下加筋土路基工程的动力响应机制。认知如下：在循环荷载的参与下,累积轴向塑性应变随加载次数的增加呈增长趋势,即先快速增大,随后趋缓,最后稳定;塑性应变曲线形态不一,呈“宽胖型”与“陡峻型”并存的态势;Monismith 模型和改进 Monismith 模型均可较好表达累积轴向塑性应变与循环次数的内在联系,但改进 Monismith 模型更为理想,动应力幅值越大,试样变形稳定所需加载次数越多;路基沉降和面板水平变形随着荷载强度的增加而增大,但所据位置较为稳定,其中峰值路基沉降始终处于载荷外侧处,峰值水平变形则位于 0.36~0.43 h 区间。     

高速铁路黄土路堑边坡变形的动力数值分析

以郑西高速铁路客运专线路堑段铁路黄土边坡工程实例为背景,经过适当简化处理,利用数值模拟软件FLAC建立了轨道-路基-黄土边坡系统动力分析计算模型,并对不同列车运行速度下黄土边坡的扰动程度及边坡稳定性进行了分析。结果表明,黄土边坡的扰动程度随列车运行速度的增大而增大,稳定性随列车速度的增大而减小。     

地铁隧道-地层动力相互作用模型试验参数设计

以西安地铁2号线为研究原型,根据模型试验相似准则,设计了列车荷载作用下地裂缝-地铁隧道-地层动力相互作用试验模型。根据试验需求及场地条件,确定采用模型试验箱进行试验,模型试验箱考虑了地铁隧道与地裂缝的不同交角,可以分别模拟地铁隧道与地裂缝呈90°正交、60°斜交、30°斜交的情况,同时,试验采用激振器模拟了不同频率的车辆振动荷载。根据相似原理,合理确定了几何参数、地铁隧道及围岩材料参数、动力加载方式及动力试验参数,以期通过模型试验来研究地铁隧道-地裂缝-地层在列车振动荷载作用下的动力响应规律,为列车振动控制措施研究提供参考。     

水平循环荷载下大直径单桩承载变形特性有限元分析∗

大直径单桩基础是近海风电产业常用的基础型式,研究大直径单桩在风、浪、流等水平循环荷载作用下的承载变形特性意义重大.基于ABAQUS软件平台,通过建立桩土相互作用的三维有限元模型,对已有的大直径单桩离心模型试验开展数值模拟.数值计算时采用一个循环弹塑性本构模型描述桩侧土体的循环应力应变响应,通过.调用该模型的UMAT子程序,设置适当的桩土接触条件、分析步及计算参数,建立了能够追踪水平循环荷载下砂土中大直径单桩位移时程的有限元分析方法.通过与已有离心模型试验结果的对比发现,建立的有限元方法可以描述砂土中大直径单桩在水平单调及循环荷载下的变形过程,反映循环荷载位移曲线的非线性、滞回性及位移累积特性,预测随循环荷载次数增加,桩身弯矩、位移等的分布特征及演化规律.     

地铁运行引起建筑物振动的三维有限元分析

随着城市轨道交通的迅猛发展,大量建筑设施不可避免地受到周边铁路或地铁列车振动的影响。基于并行计算集群平台,建立了车辆-轨道-高架桥-基础-地基-建筑物耦合的大型三维有限元分析模型,得到了不同工况下列车运行引起地表及临近建筑结构的振动特征。主要结论如下:不同高度的建筑物在同一楼层的振级相差极小;随着车速的提高,建筑物各楼层的振级均呈逐渐增大趋势;此外,各楼层的振级随建筑物距高架桥距离的增大而逐渐减小。一般高度的建筑物各楼层的振级基本沿高度单调增加,顶层振级最大,而高层建筑物却有明显的拐点,在中间某层出现最大振级。建筑物各层楼板的竖直向振动峰值速度远大于水平向振动峰值。     

快速轨道交通运行引起的场地振动反应分析

在运输业高度发达的当今社会,轨道交通运行引起的环境振动已经引起了越来越多的关注和研究。本文以ABAQUS软件为计算平台,基于轨道几何不平顺理论荷载模型,采用基于Davidenkov骨架曲线的非线性动粘弹塑性模型描述土的动力特性,以南京典型场地条件为研究对象,对快速轨道交通运行引起的场地地表振动特性进行了分析,得到了不同列车车速下地表振动的强度、频谱特性及其衰减规律,并分析了场地振动强度的影响因素,为进一步研究和控制快速轨道交通运行引起的地面振动提供了基础性资料。     

考虑软土蠕变效应的路基沉降有限元反演分析

提出了考虑软土蠕变效应的路基沉降有限元反演分析方法,通过Matlab语言将Abaqus有限元分析软件嵌入改进的鲸鱼算法中,实现了软土地层计算参数快速而又准确的获取。并采用修正的Drucker-Prager屈服准则模型与"时间硬化"蠕变法则耦合模型模拟考虑蠕变效应的路基土体的沉降变形情况。为了验证该方法的可靠性,构建了某跨越软土地区的高速公路路基有限元反演模型,模拟了整个施工期内路基的变形情况,结果表明,反演分析得到的路基变形情况与实测值有较高的一致性。另外,利用反演分析得到的计算参数预测了工后10年的路基与路面的沉降情况,为该公路的运行与管理提供很好的理论指导。     

列车振动荷载对柴达木盆地雅丹地貌稳定性的影响

基于青海省地方铁路鱼卡至一里坪线路经过的雅丹地貌密集分布区现场调查和地质勘探,以室内物理力学试验结果为基础,利用数值软件ABAQUS对区域内典型雅丹模型进行稳定性计算分析。选取典型形态的雅丹地貌进行天然状态下的静力分析,对该区内雅丹地貌的天然稳定性做出评价。进而根据列车通过场地振动测试结果,对列车振动荷载作用下不同边坡角度雅丹的动力响应特征进行了计算,揭示了列车振动引起的雅丹失稳破坏机制。研究结果表明:天然状态下不同施工边坡角度对雅丹地貌自身的稳定性影响很小,可以忽略不计;列车荷载振动作用下对雅丹地貌自身的稳定性影响显著增强,其总位移、Mises应力值和剪应力S12值均显著增大,且随着列车运行距离的增大,雅丹的峰值加速度急剧减小。随着边坡角度的增大,加速度的放大作用愈加明显,且坡脚到坡顶的PGA呈明显放大趋势。最后给出了该线路在列车振动荷载作用下对其周围雅丹地貌稳定性影响显著的距离和合理的路基边坡角度范围。     

方钢管混凝土框架加固后的非线性有限元分析——受低周反复荷载作用

建立了加固后损伤方钢管混凝土框架的三维非线性有限元分析模型，用以研究该框架在低周反复荷载作用下的抗震性能。该模型考虑了钢与混凝土的黏滑作用。通过与损伤方钢管混凝土框架加固后的结构在低周反复荷载作用下滞回曲线和刚度退化曲线的对比表明，计算结果较为精确，该模型可以应用于方钢管混凝土框架的结构分析中。同时由试验和有限元分析计算的结果可知，损伤方钢管混凝土框架结构加固后，具有较好的抗震性能。