高速铁路路基面动应力概率特性研究

路基动应力特性在高铁路基设计中非常重要,因此对其进行研究具有一定的意义。通过列车-轨道-路基三维有限元数值方法,计算得到了在京津城际轨道不平顺谱下路基面横向各位置处的动应力。利用概率统计理论,统计得到了3种列车速度下路基面横向各位置处动应力的均值和变异系数;并通过对路基面中心位置处动应力计算结果进行统计分析得到了京津城际轨道不平顺谱下路基动应力的最优概率分布模型。结果表明,在京津城际轨道不平顺谱下,路基面动应力均值沿横向呈现"M"型分布,变异系数沿横向逐渐减小。列车速度对路基动应力均值及变异系数具有一定的放大效应,且路基动应力沿纵向近似服从对数正态分布。     

高速铁路基床病害研究

结合我国第一条高速铁路———秦沈客运专线 ,对高速铁路基床的受力状态和作用做了简要的论述。针对基床的受力情况作了土的动力三轴试验 ,得出了随着土饱和度的增大土的动强度会大大降低的结论 ,从而论证了基床表层防渗功能的重要性。分析了基床病害发生的机理 ,指出水渗入基床、造成土的动强度降低是高速铁路产生基床病害的根本原因。结合国外高速铁路的经验 ,指出采用强化基床表层是消除基床病害的根本措施     

管棚预支护条件下隧道开挖面稳定的可靠度分析

为考虑土体参数的变异性对隧道开挖面稳定性的影响,基于可靠度理论,采用三维弹塑性有限元数值模拟方法,计算管棚预支护条件下隧道开挖面极限支护力;以不同工况下地层参数及其极限支护压力比作为样本,待BP神经网络训练完毕后,即可预测大量给定地层参数工况下的开挖面极限支护压力比,对其进行统计,得到概率分布特征;在理论分析的基础上,结合工程实际,建立了管棚预支护条件下隧道开挖面稳定的极限状态方程,运用粒子群优化算法,对其进行可靠度分析。研究结果表明:采用管棚预支护的隧道,开挖面支护压力存在极限值,达到该值后,增加较小幅度的支护力,就能较大程度地提高隧道开挖面稳定的可靠度。     

阴角邻面火灾作用下L型钢管混凝土柱耐火极限研究

运用有限元软件ABAQUS计算L形带肋钢管混凝土柱阴角相邻两面受火全过程下的耐火极限,分析了阴角邻面受火方式下构件内部温度场和应力场的变化规律,在此基础上分析荷载比、宽厚比、计算长度、加劲肋纵向间距、荷载偏心率、荷载角等参数对耐火极限的影响规律。数据表明:荷载比、计算长度对构件耐火极限影响较大,随着荷载比和计算长度的增大,耐火极限基本呈线性下降;加劲肋间距对构件耐火性能影响较小;由于L形柱的特殊形式,偏心荷载对耐火极限的影响规律较复杂,荷载作用点偏向低温区可以提高耐火极限。     

考虑多失效模式的桩-土结构体系稳健性设计

针对桩基础设计中岩土参数和荷载的不确定性,首先,提出考虑多失效模式的桩-土结构体系的稳健性设计(RGD)方法,综合分析单桩竖向承载能力极限状态(ULS)、竖向正常使用极限状态(SLS)、水平强度失效和水平变形失效4种失效模式;其次,采用蒙特卡罗模拟(MCS)法和点估计法(PEM)嵌套的方法计算桩-土结构体系的失效概率均值和标准差,以失效概率标准差作为衡量结构稳健性的指标;最后,以稳健性和经济成本作为优化目标,确定单桩的最优设计。结果表明:多失效模式下,不同的单桩设计尺寸,起决定作用的失效模式不同;随着单桩设计几何尺寸的增加,桩-土结构体系的主控失效模式逐渐由桩水平强度控制转为由竖向正常使用极限状态控制;主控失效模式的变化,对结构体系的失效概率变化梯度影响较大。     

考虑尾矿材料参数空间变异性的尾矿坝稳定可靠度分析

为客观地评价尾矿坝稳定性,在随机场理论和极限平衡分析框架下,采用考虑参数空间变异性尾矿坝可靠度分析的非侵入式随机有限元法,通过Karhunen Loève级数展开方法离散尾矿材料参数（渗透系数、摩擦角等）随机场,利用Hermite随机多项式展开拟合尾矿坝安全系数与输入参数之间的隐式函数关系;再采用拉丁超立方抽样技术产生输入参数样本点求解多项式展开系数;最后,通过应用到一实际尾矿坝工程说明了该方法的有效性。结果表明,该方法可以真实地模拟尾矿材料的空间变异性对尾矿坝稳定性的影响,保证尾矿坝可靠度分析与确定性稳定分析互不耦合,与10 000次直接拉丁超立方抽样方法相比,该方法具有较高的计算精度和效率。     

基于随机有限元的邻近铁路地铁站基坑施工变形分析

临近铁路轨道的地铁明挖车站施工往往会对铁路的路基造成影响,干扰铁路的正常运营。由于岩土材料的空间变异性,地层扰动造成的地表变形也应视为随机量。相比传统有限元,随机有限元更适合对这类问题进行分析。以南昌市轨道交通3号线上沙沟站基坑施工为背景,首先对工程涉及的地层变形参数进行了统计分析,并通过有限元反演分析获得了弹性模量参数的分布概率模型。将概率模型应用至Monte-Carlo随机有限元,分析了基坑施工对邻近铁路轨道的变形影响,得到了铁路路基沉降的分布模型以及失效概率,为今后类似工程的变形预测以及相互作用分析提供参考。     

高速铁路地基膨胀泥岩变形试验及计算研究

为研究某高铁地基膨胀泥岩在含水率和上覆荷载共同作用下的膨胀变形规律,通过室内试验和理论推导,分析地基膨胀泥岩的膨胀量随时间增长及含水率增加的变化规律.结果表明:无荷载地基膨胀泥岩的膨胀量随时间增加呈阶梯式持续增长趋势;有荷载地基膨胀泥岩的膨胀量在上覆荷载作用初期减小,然后随时间增加呈阶梯式增长趋势,膨胀变形结束时间约为...     

水力侵蚀对路基表面稳定性的影响研究

通过降雨试验和天然降雨水土流失调查 ,笔者首先探讨了风化花岗岩地区路基表面水力侵蚀的表现形式和规律 ,其中 ,基床表层已填筑级配碎石的易于发生级配碎石粗粒化 ,未填筑级配碎石的易于发生沟蚀 ;裸露的路堤边坡水力侵蚀发生发展规律一般为 :沟蚀→边坡滑坍 ;裸露的路堑边坡水力侵蚀发生发展规律一般为 :溅蚀→面蚀→沟蚀→坍塌 ;片石护坡的路堤和路堑边坡易于发生潜蚀。然后分析了水力侵蚀对路基表面稳定性的影响 ,认为溅蚀和面蚀对路基表面稳定性的影响较小 ;沟蚀对路堤边坡表面稳定性的影响程度随侵蚀程度和工程进度具体情况而定。最后 ,提出了施工期路基表面防护的建议     

合金钢组合辙叉轨下刚度对其安全性影响评估

为研究轨下刚度对合金钢组合辙叉安全性能的影响规律,并选取合适的刚度值,用以指导生产设计,以12号单开道岔合金钢组合辙叉为研究对象,建立辙叉整体模型及叉心模型。基于有限单元法,分析不同轨下刚度对列车动荷载作用下辙叉的受力及变形的影响规律,且对叉心燕尾部位进行疲劳检算。结果表明,随轨下刚度增加,列车对钢轨的冲击荷载逐渐增大,钢轨所受内部拉应力及竖向变形逐渐减小。经比较,刚度值选择50 kN/mm为宜,此时,叉心燕尾处应力及疲劳检算结果显示辙叉可以满足安全使用要求。综合各安全性指标选取合适的合金钢组合辙叉轨下刚度,有助于保证辙叉自身强度和行车安全性,以改善其使用性能,延长使用寿命。     

L型钢管混凝土芯柱耐火极限研究

火灾高温对结构安全有显著影响,为研究等肢L形钢管混凝土芯柱的耐火极限及其影响因素,利用ABAQUS软件建立合理的高温反应分析模型,在验证模型可靠性基础上,分析了荷载比、截面边长、长细比、荷载偏心率、含钢率等对L形钢管混凝土芯柱耐火极限的影响。研究结果表明:在一定参数范围内,荷载比和截面边长是构件耐火极限的主要影响参数,荷载比越小,截面边长越大,构件的耐火极限越高;长细比和荷载偏心率对其影响较大,长细比和荷载偏心率越小,构件的耐火极限越高;含钢率对其影响不显著。结果可为异形钢管混凝土芯柱的抗火安全设计提供参考。     

基于响应面法和强度折减法的边坡可靠性计算研究

针对边坡安全系数是隐式函数的特点,提出将有限差分强度折减法和响应面法(RSM)相结合,分析边坡可靠性的方法。采用安全系数、破坏概率及对应的临界滑动面等,作为综合评价边坡稳定性的指标。算例验证表明,笔者提出的计算方法所得结果与其他方法比较接近,且更能反映边坡真实的工作状态。对某钢铁基地工程的昔格达组地层边坡,采用新的计算方法进行可靠度分析,对比研究确定性破坏模式和概率破坏模式中剪应变增量和破坏区的分布。研究结果表明,均值强度较高的边坡岩土体,如果变异系数较大,便仍处于较高风险水平,虽然边坡整体的安全系数满足工程要求;均值安全系数和最小可靠度指标对应的破坏模式也是有差别的。     

尾矿坝地震液化评价可靠度模型及应用

为适应计算参数本身具有的随机性和未确知性,将可靠度理论引入尾矿坝地震液化评价中。以测试数据的统计分析结果为基础,应用一次二阶矩法建立尾矿坝地震液化分析可靠度模型,探讨了可靠度指标与抗液化安全系数之间的关系,并将该模型应用到某尾矿坝地震液化分析中。结果表明,新建可靠度模型各参数的物理意义与统计指标明确,相比传统的确定性分析方法,不仅能判断液化的发生与否,还能给出液化发生的概率;可靠度理论在液化分析中能更好地考虑计算参数的变异性,进一步完善了尾矿坝地震液化分析理论,为进行基于风险分析的尾矿坝抗震设计和地震安全评价提供更全面的依据。     

采动与承压水耦合作用下煤层底板的 力学效应及破坏机理分析

应用三维弹性中厚板理论,分析了采动与承压水耦合作用下煤层底板的力学效应及破坏机理。基于Hamilton原理推导了采空区底板在采动和水压耦合作用下的变形和应力表达式,分析了其变形和应力的分布特征。最后,推导了在采动与承压水耦合作用下煤层底板破坏极限载荷PS,讨论了影响煤层底板破坏极限载荷PS的因素。研究成果对揭示回采工作面开采时煤层底板隔水层变形破坏,预防煤层底板突水提供了理论依据。     

废旧矿用U型钢改形锚索托盘变形破坏 机理及控制对策*

针对矿用U型钢改形锚索托盘受力过程中发生大的弯曲变形和孔口撕裂,导致锚索支护系统失效的现象,推导了U型钢改形锚索托盘弯曲 变形破坏方程,模拟分析了均布荷载作用下改形托盘的力学特征,发现改形托盘4个角发生弯曲变形量最大,纵向路径弯曲变形明显大于横向, 孔口易发生撕裂破坏。通过数值模拟与公式推导得出,两者计算结果的差值较小,进而提出了减小改形托盘发生弯曲变形和避免孔口发生撕裂 的控制对策。在井下进行现场试验,取得了较好的效果。     

基于GIS的铁路路基病害信息管理系统研究与开发

铁路路基病害直接影响铁路行车安全 ,因此 ,对路基病害的管理是铁路工务部门的重要工作内容。笔者在分析兰州铁路局工务处路基病害管理工作的基础上 ,提出了以地理信息系统为平台的铁路路基病害信息管理系统的设计思想和总体框架 ;建立了路局路基病害数据库 ;实现了路基病害信息的动态管理及信息管理的电子化、可视化。系统的建立提高了铁路路基病害的管理水平 ,为铁路运输生产和列车安全运行提供了保障     

基于时变可靠度分析的桥梁使用寿命预测

为分析一座桥梁结构寿命,在现有混凝土桥梁抗力和荷载的时变性研究的基础上,建立桥梁时变可靠度计算模型。将结构抗力等效转换为车辆荷载作用下结构所产生的竖向位移限值,预测远景交通量,反映荷载的时变性;运用非线性有限单元增量分析方法,以递增特定荷载的方式,采用响应面法计算时变可靠度指标及累计失效概率。结果表明:桥梁结构初始阶段具有足够大的可靠性,但其会随时间推移迅速衰减,利用韦伯分布函数和最小二乘法计算桥梁累计失效概率,进而推算桥梁使用寿命。根据桥梁寿命可靠度计算结果,制定出桥梁最佳维修养护策略。     

长期荷载作用对高温全过程后混凝土轴压力学性能影响的试验研究

采用高温抗压试验炉和长期加载装置进行了有约束应力作用下混凝土经历升温、降温、冷却及长期静置全过程后的轴压力学性能试验,研究了持荷时间和温度等级对高温全过程混凝土变形特性与高温全过程及长期静置作用后混凝土残余强度、弹性模量和应力-应变关系的影响规律。结果表明:约束应力使混凝土产生明显的残余压缩变形,长期静置对高温后混凝土抗压强度和弹性模量有显著影响;长期静置过程中持荷时间和温度等级对混凝土轴向变形有一定影响;全过程作用后混凝土抗压强度和弹性模量显著降低;长期荷载作用下有约束应力高温全过程后混凝土破坏突然,明显变脆。     

地铁车辆基地盖板耐火性能数值模拟

为提高土地利用效率,地铁车辆基地顶部进行上盖物业开发已成为一种趋势。地铁车辆基地与上盖物业之间的分隔盖板耐火极限要求至少为3.0 h,而相关规范中没有关于盖板3.0 h耐火极限的设计方法。利用有限元分析软件ABAQUS,研究了在标准火灾条件下盖板配筋率、厚度和含水率对盖板温度分布的影响,并研究了钢筋保护层厚度和荷载比对盖板耐火极限的影响。结果表明：配筋率对盖板温度分布影响较小;不同厚度盖板的温度在传递到背火面之前,沿厚度方向的温度分布一致;温度传递到背火面后,改变了背火面边界的换热状态,使背火面附近温度升高并向受火面反馈;盖板越厚,背火面温度越低;随盖板含水率增大,盖板内部温度降低;根据温度分布规律提出了盖板温度分布预测模型,与有限元分析结果吻合较好;盖板满足3.0 h隔热耐火极限要求的厚度不小于170 mm;底筋保护层厚度越大,荷载比越小,盖板耐火极限越大。给出了不同保护层厚度、不同荷载比条件下车辆基地盖板的耐火极限,为地铁车辆基地盖板3.0 h耐火极限设计提供了参考。     

高速公路动荷载对塌陷区的扰动分析

随着煤矿塌陷区的不断增多和高速公路的高速建设,高速公路不可避免的穿越塌陷区。通过分析高速公路与塌陷区的空间形态,提出将塌陷区上新增的路基材料作为静荷载,将行驶的车辆视为沿正弦曲线运动的动荷载作用在塌陷区上。根据荷载大小分析荷载对采空区上方岩体的扰动深度,通过实例分别计算得出考虑车辆附加动荷载和只考虑车辆自重的高速公路对岩体的扰动深度,两者有一定的差异。在实际工程应用中,应考虑车辆的附加动荷载,以及高速公路对采空区的扰动深度是否影响到上覆岩层冒落裂缝带等因素,对保证高速公路的后期稳定性具有重要意义。