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[硕士论文] 李晋
土木工程岩土工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:BIM技术所带来的革命性的变化,已经被土木工程行业视为未来的发展方向。但是在地铁隧道BIM设计方面,仍然起步较晚,并且存在以下问题:1、隧道衬砌的设计涉及地形、地质的变化,复杂多变的地质结构影响了隧道衬砌的标准化设计,无法建立地形库直接使用;2、地形的变化导致隧道衬砌的类型多种多样,难以创建标准构件库;3、目前为止普遍的BIM设计是设计人员根据二维工程图纸,创建三维模型,这本质上并不是真正的BIM设计。所以,本文在基于BIM设计软件的基础上,通过编程语言编写命令程序对BIM设计软件进行二次开发,力求解决以上问题。
  (1)首先阐明BIM在当前隧道工程中的发展状况。BIM软件设计平台中以达索和欧特克两个平台应用最为广泛,通过两者之间的对比,决定选取达索平台的CATIA软件作为本次BIM软件设计平台。
  (2)CATIA的二次开发方式有两种:CAA C技术、CAA AUTOMATION技术。对比这两种开发特点,确定采用CAA AUTOMATION技术作为基于CATIA软件平台的隧道衬砌设计程序的开发方式。
  (3)根据隧道地形的电子等高线地形图和其他地勘资料,以及结合CATIA软件平台的特点,有三种可以构建三维地形模型的方法,通过这三种方法的对比,决定采用断面线来构建三维地形模型。
  (4)分析当前设计人员在隧道设计过程中的标准以及设计习惯;根据三维软件平台上的设计流程及操作特点,研究开发了隧道衬砌三维设计程序。利用该程序,在已经建好的三维地形模型上直接设计隧道衬砌模型。
  (5)开发了三维隧道衬砌模型可以生成二维工程图的程序,二维工程图中还可根据程序生成工程量统计表。
[硕士论文] 李果
土木工程岩土工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着经济建设的发展,城市配套设施需求日渐丰富,对于城市用地的开发利用也更加频繁,城市基坑工程也因此变得随处可见。深基坑施工对公共财产和环境影响较为严重,应尽可能减小对周边环境的扰动,一旦发生事故,必将导致影响区内的地面沉降、地下管线破裂、邻近建筑开裂、倾斜等现象,对居民生活和社会造成较大的不良影响和损失。因此基坑开挖对周边环境及邻近建筑的影响研究已成为当今的一个重要课题。
  本文以解放碑新华书店深基坑开挖项目为背景依托,通过理论分析、三维数值模拟、结合工程监测,建立了基坑开挖和地铁隧道、建筑物相对位置关系模型,研究了深基坑不同开挖方式下的空间效应,对临近地铁隧道及建筑的影响进行了分析验证,提出了合理的建议。
  本文所做的主要研究工作如下:
  ①讨论了基坑开挖对影响区内的地面沉降、坑底隆起变形以及对临近地铁隧道影响,分析了影响原因。探讨桩锚结构控制桩顶变形的作用效果。
  ②分析了土拱和岩拱的形成机理,推求了深基坑开挖的空间效应系数,讨论了合理桩间距的确定方法;根据纯弯曲弹性梁理论,提出了基于岩体抗拉强度的成拱方程。
  ③采用数值模拟,比较了深基坑顺序开挖、跳槽开挖、先中间后两边开挖等不同开挖方式和支护形式下的成拱强度规律,分析了影响区内地表、临近隧道、基坑底部、支护结构的变化规律,提出了合理的开挖方式、抗滑桩支护间距及监测断面布置的建议。
  ④利用Flac3d对《新华书店时尚文化城》项目深基坑的分块、分层开挖进行模拟,分析了桩锚支护结构、坑底隆起、地面沉降的施工响应,并结合监测数据对隧道的变形进行了对比分析。
[硕士论文] 冯登
土木工程岩土工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:针对山区岩质边坡工程灾害,本文依托国家科技支撑计划课题“西南山区干线公路路基灾变过程控制理论与动态调控技术研究”(编号2015BAK09B01),采用赤平极射投影原理,开展了岩质边坡结构面的选取及结构面参数的分析,论文主要的工作和取得的成果如下:
  (1)在总结分析赤平极射投影和实体比例投影方法的基础上,提出了基于赤平极射投影-实体比例投影的边坡稳定性分析方法。结合赤平极射投影法和实体比例投影法,将摩擦圆和摩擦圆锥应用到赤平极射投影中,引入摩阻抗力,对岩质边坡进行稳定性分析和安全系数求解。
  (2)针对结构面多而复杂的岩质边坡,提出了基于赤平极射投影的楔形体失稳概率性分析方法。首先在赤平极射投影图中确定其可能的滑移区域,筛选出可能滑移的结构面交线,缩小计算范围。根据结构面交线的二维经验分布,采用MonteCarlo方法模拟出多条结构面交线,通过对结构面交线平均产状的求解来证明该方法的合理性,再采用快速聚类分析的方法,将筛选出的结构面交线划分为不同的组,以赤平极射投影分析得到滑移区域的对称轴中心作为初始凝聚点,通过多次迭代计算得到滑移区域内的优势结构面。
  (3)为了解决结构面抗剪强度参数的不确定性,提出了双折减系数法和模糊集理论法对楔形体进行可靠度分析。根据Hoek等提出的楔形体极限平衡法,对不同高度的楔形体进行双折减系数分析,提出了折减系数增幅比,并利用可靠度理论验证了该增幅比的准确性。分析结果表明:随着楔形体高度和岩体容重的增加,坡体稳定性逐渐降低;在此双折减系数分析中,黏聚力的变化幅度不大,而内摩擦角的变化幅度很大,内摩擦角对坡体的稳定性起着决定性作用,因此可以将双折减系数分析中内摩擦角的折减系数值作为楔形体的安全系数。在楔形体稳定性分析中,由于结构面的抗剪强度参数的不确定性,因此将其作为模糊数,应用模糊数和模糊集理论,同时采用蒙特卡罗模拟法,提出了模糊蒙特卡罗模拟法和模糊可靠度指标理论,分析坡体失稳的模糊不确定性。
  (4)为了探究从楔形体的变形来判断其稳定状态,提出了基于赤平极射投影的楔形体位移分析方法。对楔形体进行受力分析,由于楔形体结构面抗剪强度对楔形体稳定性影响程度不同,根据其受力特点,推导出楔形体结构面权重参数,分别列出只考虑内摩擦角作用,考虑内摩擦角和黏聚力作用,综合考虑内摩擦角、黏聚力、水头作用时的权重参数。参考试验资料及相关规范,列出单结构面坡体的最大剪切位移,运用求解得到的权重参数求解出楔形体的最大剪切位移,设定楔形体安全系数推导出临界位移值,根据监测点与结构面交线位置关系,判断监测点位移与最大剪切位移的关系。
[硕士论文] 曾彪
土木工程岩土工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文依托遵贵高速扩容工程红黏土块石混填路基工程实际,通过室内试验,现场试验及数值模拟等方法,对红黏土块石混填路基的压实特性和施工控制进行了较为系统的研究,主要获得了以下结果:
  (1)对比了红黏土的干法和湿法重型击实试验得出的最大干密度和最优含水率的结果,分析认为湿法击实所得结果更适用于指导施工控制。同时发现红黏土的击实曲线出现了双峰特性,经分析确定第二个峰值才是真正的最大干密度,其对应的含水率为最优含水率。
  (2)通过振动压实实验发现在相同的振动参数条件下,红黏土土石混合料存在一个较优土石配合比,当掺石量为30%,混合料压实效果最好,同时土石拌和也较简便。在较优土石配合比下,红黏土土石混合料的振动压实试验存在一个最优振动参数,经过试验分析,认为振动频率为45Hz,振动时间为5min时压实效率最高。
  (3)通过现场试验路段明确了红黏土的碾压含水率宜在26%-48%之间;松铺厚度根据不同含水率控制在25cm-35cm之间,宜选用羊足碾压路机进行振动压实,再用光轮压路机整平。
  (4)提出了适用于红黏土土石混填路基下路堤填筑的的“三明治”式相互间隔填筑方式。通过Flac3D软件模拟不同土、石层厚对路基稳定的影响,模拟结果表明2m碎石+2m红黏土的层厚下路基竖向沉降最小。
  (5)根据室内试验及现场试验路段分析结果提出了整套路基施工方法、流程及防排水方案,选取两个代表性路段进行工后监测,监测结果表明路基基本稳定,达到路基沉降控制标准,证明了土石分层间隔填筑方式及施工控制方案的合理性和可行性。
  综上,本文主要围绕红黏土及块石作为路基填料展开试验研究、现场实测。研究思路、研究方法、实验数据将为今后同类路基填料的研究提供可靠参照,研究成果将直接应用于在建的遵贵高速扩容工程的红黏土土石混填路基施工中,对认识高液限红黏土的基本特性、压实特性及作为路基填料的施工控制具有积极意义。同时建立了一套完整的红黏土块石混填路基施工控制方法,加快了施工进度、降低了工程造价,节约了成本,进一步提升了中国高速公路路基的设计与施工水平。
[硕士论文] 马书文
土木工程岩土工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:由于固结沉降、降雨或地震等作用,在软土或新老地基结合处,不均匀沉降现象是一种常见的工程病害,采用加筋土结构来调整不均匀沉降是工程上常用的处理措施。但现阶段关于加筋土结构在不均匀沉降条件下加筋材料应力应变的理论研究尚少,且工程实践往往先于理论研究。本论文为完善并简化加筋土结构的设计理论,在索理论的基础上,以加筋土结构中的加筋材料为研究对象,分别用刚性索理论和弹性索理论对加筋土路基和加筋土挡墙中的加筋材料应力应变进行理论推导,获得加筋材料在竖向均布荷载作用下的受力情况及变形规律。结合室内模型试验,讨论了理论研究成果的可行性和准确性。结合本文研究成果,获得的主要结论如下:
  (1)针对目前加筋土路基的不均匀沉降现象,分析将刚性索理论应用于加筋土结构的适用条件,结合工程实际对刚性索理论进行基本假设,继而对刚性索理论进行修正,首次提出了一套可计算加筋材料变形规律的理论方法。
  (2)实施了加筋土路基的室内模型试验:试验以建材青砖模拟桥涵等刚性构筑物、以滑动木板和刚性滚轮的交替铺设模拟路基(通过缓慢抽动滑板的方式模拟沉降)、以涤纶布料模拟加筋材料。试验结果表明:试验中加筋材料的变形规律与修正后的刚性索理论预测得出的结果基本一致;加筋材料在试验过程中存在一定的应力松弛现象,试验发现随着不均匀沉降量的增加,加筋材料的松弛现象逐渐消失,最终试验结果趋近于理论结果。
  (3)针对目前加筋土挡墙在不均匀沉降情况下容易在面板与加筋材料连接处发生应力集中—断裂—分离的现象,本文对弹性索理论进行了修正,以分析挡面板与加筋材料连接处的应力应变情况,首次针对计算侧限和无侧限加筋土挡墙的应力应变提出了相应的理论方法。
  (4)分别实施了侧限和无侧限加筋土挡墙的室内模型试验:试验以纱网模拟加筋材料、以滑动木板模拟挡墙面板、以钢化玻璃为观察装置、以千斤顶为沉降发生装置。试验结果表明:试验中加筋材料的受力情况和变形规律与修正后的弹性索理论预测得出的结果基本一致。
[硕士论文] 吴鹏飞
土木工程岩土工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:对于现阶段复杂的工程问题:隧道开挖对地下管线的影响是当前一个热点和难点。重庆地势高差大,隧道开挖易出现距离地下管线很近的情况,处理不当就会产生管线破坏甚至造成工程事故。通过控制单一变量原则,以重庆轨道交通环线五标陈家坪车站工程为依托,研究了地下隧道开挖对邻近地下污水管道的影响与控制标准。主要取得如下结论:
  (1)重庆地区内砂泥岩分布广、出露多,软硬互层岩体的强度和变形特性则较为复杂多变。通过改变围岩弹性模量、黏聚力、内摩擦角、管线和隧道的相对位置、管线埋深、管道自身参数和开挖步距等因素,发现了在隧道和地下管线平行的情况下,围岩弹性模量的变化对管线竖向位移的变化影响最大,黏聚力的影响次之,内摩擦角的影响最小;在距离隧道轴线L=0m处沉降量最大,隧道开挖对地下管线的影响范围大致在2倍的隧道净宽,在此范围内可采取减小开挖进尺、超前支护等方法控制管线沉降;围岩越好,地下管线的沉降量就越小。
  (2)同时发现了在隧道和地下管线垂直情况下,随着围岩的弹性模量、黏聚力和内摩擦角的增大,地下管线竖向位移逐渐减小,沉降曲线呈V字型变化,且在隧道轴线±3m处沉降值变化不大;管线距洞顶距离越小,管线的沉降也会加越大;开挖进尺不同时,管线的最大沉降量均发生在隧道轴线位置,由轴线中间向两边分别减小,开挖进尺越大,地下管线的竖向位移增加的越快。
  (3)通过陈家坪车站实例分析监测数据和数值模拟的地下管线沉降值进行对比分析,得出地表沉降监测值略小于数值模拟沉降值,隧道拱顶沉降监测值大于数值模拟沉降值;得出地表沉降监测值最接近数值模拟沉降值,在施工过程中如果由于场地限制,不能直接监测地下管线沉降值,可以用地表沉降监测值代替地下管线沉降值,但是地下管线的预警值要略小于直接监测地下管线时的预警值。
  (4)通过统计分析及结合项目实践,提出重庆地区污水管线的沉降控制建议值为12mm;总结了预防地下管线破坏的一些防护措施,对于地下管线的控制可采取两个方面的措施,一是管线改迁,二是减小开挖进尺、加固围岩、超前支护等方法,使得管线沉降在控制范围内。
[硕士论文] 林钰丰
土木工程岩土工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:陆家寨隧道位于贵州省福泉市瓮安县平定营镇及银盏乡境内,中心里程DK52+665,全长4430m,最大埋深约125m,据现场地质调查资料,于线路DK50+790至DK50+816.9处发育推测暗河通道,线路横穿暗河通道,隧道标高位于暗河标高范围内,推测隧道位于暗河通道水平循环带或季节变动带,隧道施工存在一定的安全隐患。隧道穿越大型溶腔是隧道开挖从一种应力场进入大型溶腔影响范围内的应力场的过程,而岩溶地区特有的大型溶蚀性空腔在地下有着特殊的应力场分布形式,溶腔周围应力场、塑性区、应力集中区分布均会有较大的差异,再加上工程地质与水文地质的复杂多变,探明溶蚀性空腔周围受力形式显得格外困难。
  本文主要以围岩本身为研究对象,利用弹塑性力学相关理论和数值模拟的方法,对溶腔围岩的受力形式、隧道开挖接近大型溶腔的围岩力学响应,以此为基础,给出溶腔对周围岩体的影响范围,指导施工。主要研究内容和结论如下:
  (1)在一定的岩体参数范围内利用已有的等应力比下深埋球形洞室弹塑性解答对深埋球形洞室的受力特性、塑性区分布进行分析,利用FLAC3D对深埋球形洞室在不等应力比下的受力特性、塑性区分布进行分析,拟合了塑性区长轴与弹塑性解析解的关系,从而得出了一定参数条件下,深埋球形洞室在不等应力比下的椭球塑性区长轴的估算改进公式。同时,还根据洞室的受力特征,提出了方形洞室的最小截面包围圆的塑性区长轴近似计算办法。
  (2)利用FLAC3D建立了隧道穿越大型溶腔的三维数值模型,围岩的变形特性进行了深入研究,总结了隧道接近大型溶腔时围岩空效应曲线的变化规律。结合隧道与溶腔的周围应力场及塑性区的分布,确定了隧道纵向开挖断面引起塑性区与溶腔的塑性相接处,是产生较大变形的位置。隧道开挖通过溶腔应力集中区后,进入应力松弛内部区域,围岩的变形将逐步减小,周围应力集中区向外侧偏移。
  (3)以新奥法开挖理论为基础,结合溶腔影响范围内隧道开挖经过的地应力区域的变化,对隧道穿越大型溶腔地区结构进行适应性的优化,对施工过程中维护岩体的稳定提出了掌子面预加固的方法,结合数值模拟对这些补强措施的效果进行了分析,揭示了其作用机理。
  (4)对近年来隧道遭遇的大型溶腔进行了搜集和归纳,结合岩溶发育机理和特点,阐述了穿越结构的选型影响因素。利用本文的研究成果,对隧道穿越大型岩溶的典型工程进行深入分析,确定了溶腔影响的范围、影响的方式和处理方法。
[硕士论文] 罗晓龙
土木工程岩土工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:三峡水库从2003年开始蓄水,经历多个蓄水阶段后,于2010年首次蓄水至175m,2013年以后水库开始正常运营,库水位一年一度在145m至175m之间涨落。水库的蓄水和水位周期性升降变化,高达30m的水位变幅,必然造成岸坡岩土体处于饱水—风干的循环劣化环境中,再加上蓄水、泄洪而频繁发生的水位升降甚至联合强降雨作用所构成的复杂动水条件,必将成为新一轮岸坡再造的重要营力。就研究区巫山段库岸而言,受到库区蓄降水的影响,水文、地质环境发生重大改变,该库岸段灾害频发,已经严重威胁到库区通航安全及库区人民生命财产安全。因此,对该段岸坡进行变形破坏机理研究,具有重要的理论和现实意义。
  本文在查阅区域地质资料的基础上,搜集巫山段库岸岸坡失稳典型案例,并对整段库岸进行现场调查。本文主要研究了岸坡因库水位周期性涨落处于干湿循环劣化环境中而导致岸坡长期强度弱化机理。通过对岸坡典型岩体的室内干湿循环试验、典型岸坡失稳的变形破坏机理分析、数值模拟分析,取得了如下研究成果:
  1)通过对研究区工程地质条件的综合调查与分析,将研究库岸段按其岸坡结构类型及其特征进行分段,并将岸坡失稳破坏类型分为冲刷磨蚀型、坍崩滑塌型和整体滑移型三大类。
  (2)总结分析了库水位升降作用下岸坡岩土体与水的相互作用机理,分别阐述了水与岩土体的化学作用、物理作用及力学作用。
  (3)选取巫山段库岸出露典型岩石灰岩为研究对象,通过室内干湿循环试验,揭示了灰岩干湿循环劣化规律。试验结果表明,水的干湿循环作用对灰岩的劣化是渐进性的,初期劣化速率较大,随着循环次数的增加,劣化效应逐渐减弱。通过试验得到了灰岩单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度与干湿循环次数之间的函数关系,定义了干湿循环劣化系数,用于表征不同循环次数对灰岩各参数的影响程度。
  (4)通过对巫山段已经发生失稳破坏的典型岸坡进行破坏过程及破坏模式的研究,在前人的研究基础上,将边坡破坏尖点突变模型引入库岸边坡中,并假定145m水下部分为应变软化区段,145m~175m消落带岩土体为弹性区段,提出岸坡失稳破坏判据,揭示了水库运营期间岸坡突发性破坏机制。
  (5)为了量化岸坡岩土体因库水浸泡、冲刷、侵蚀及干湿循环作用下岩土体抗剪强度的弱化作用,引入岩土体弱化系数。分别以红岩子滑坡、龚家坊2#滑坡为例,建立数值分析模型,利用FLAC3D软件,研究了土质和岩质滑坡在不同弱化系数下岸坡位移、剪切应变增量及塑性区变化情况,并分别得到了土质和岩质岸坡临界临界失稳时的弱化系数。分析了不同类型岸坡在坡脚弱化滑移阶段,随着坡脚岩土体不断弱化,岸坡稳定性的发展趋势。
[硕士论文] 邹政
土木工程岩土工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:作为组合式消能棚洞的重要组成部分,锚杆是组合式消能棚洞正常使用的重要保证。锚杆在动力作用下的响应情况影响着整个棚洞结构的稳定性,为满足棚洞结构在可能发生的各种动力作用下保持良好的使用性能,探索锚杆在动力作用下的响应特征至关重要,开展锚杆锚固质量动力响应特征研究具有重要的理论意义和工程应用价值。但由于棚洞结构锚固系统本身的复杂性和多样性,组合式消能棚洞结构在动力作用下锚杆的响应情况仍处于探索阶段,因此本文依托国家自然基金项目(编号:51408084),以模型试验、数值模拟和理论方法为研究手段,研究了棚洞在不同落石形状、不同落石质量、不同落石高度作用下锚杆的动力响应变化规律和破坏机制,为完善组合式棚洞锚固系统提供了一定的参考依据。主要研究成果如下:
  (1)模型试验结果显示,在其他因素一定时,球形落石作用下,锚杆的应变量最大,正方体次之,长方体较大,圆柱体最小;若落石下落高度和下落质量越大,锚杆产生的应变量越大,且随着高度的增加,应变增加量的增加趋势越明显;同一锚杆各点距离落石冲击位置越远,应变量越小,反之越大;由于锚杆端部存在应力波的反射,2号测点相对1号测点应变减少量大于3号测点相对2号测点应变减少量;在同一激励作用下距竖向棚洞顶板越近的锚杆的应变量越大,反之越小,建议在进行棚洞结构锚固系统设计时应使距棚洞顶板越近的锚杆截面面积越大,同时加强锚杆周围围岩的整体强度(如当围岩较破碎时灌注水泥浆体)也是有利的工程措施。
  (2)通过频谱分析,可知落石冲击锚固系统的激励信号由低频信号和高频信号组成,低频信号频段处于0~500Hz,高频信号频段处于4500~5000Hz;冲击信号主要由一峰值冲击信号组成,在峰值之后就下降很快,相比峰值其他值相对较小,且冲击激励越大与峰值之间的差距也越大;激励荷载越大频谱幅值和功率就越大,且落石高度越大频谱幅值和功率的变化量就越大。
  (3)通过冲击信号相关性分析,可知相关性函数的函数值与荷载激励的大小呈正相关关系,且当横坐标为零时,相关性函数达到最大值,当横坐标偏离零点时,相关性函数的函数值迅速减为零,可知锚杆动力响应的时间比较短,很难形成周期性的振动;利用小波分析可知,当落石冲击棚洞结构时,锚杆冲击信号的能量主要集中在低频带上,占总能量的81.89%,高频带的冲击能量仅占总冲击能量0.06%,其余频率带的能量占18.05%,建议在进行锚杆设计时主要考虑低频带的冲击作用,可忽略高频带信号的能量冲击。
  (4)数值模拟结果显示,由于落石碰撞棚洞顶板过程时间极短,锚杆材料内部存在阻力同时受到外部围岩的限制,测点的位移和速度随时间的推移先迅速增大后逐渐减小,最终变为零,且位移和速度增加的时间远小于减小的时间;在落石冲击过程中锚杆产生的能量主要为内能和动能,且二者在落石碰撞棚洞顶板的过程中相互转化,直至能量消失;且锚杆的动能、内能和总能量与落石高度呈正相关关系,且内能、动能以及总能量的增加量随落石高度的升高而增大;较混凝土锚固体,相同工况下,当锚固体为泥岩时,锚杆的等效应力、测点的应力与应变较小,锚杆测点的位移与速度较大。较不设置支座,设置支座时锚杆的最大等效应力、测点的位移、速度和应力均比不设置支座时小,这表明在棚洞结构上设置支座能够减小锚杆的动力响应,能够增强棚洞结构的抗冲击能力。
  (5)本文对锚杆破坏机制的研究是先分析锚固系统荷载传递路径,后再利用材料力学、理论力学和钢结构的基本原理,确定出锚杆的破坏形式:①一型剪切破坏②二型剪切破坏③受拉破坏,最终得出锚杆的破坏情况和失效荷载。
[硕士论文] 姚昌银
土木工程岩土工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:落石冲击力作为落石被动防护结构的主要设计荷载。落石防护结构上往往会有一层厚厚的缓冲材料,缓冲材料的厚度在一定程度上会影响落石冲击力的大小,落石冲击力通过垫层的扩散作用传递到防护结构上,因此,冲击力在垫层中的扩散对于防护结构的设计起着至关重要的作用。而目前对落石冲击力的扩散机制研究相对较少,基于此,本文在国家自然科学基金(51408084)的资助下,通过模型试验,研究了落石形状、碎石土垫层、压实度以及垫层厚度对落石冲击扩散作用的影响,并通过PFC离散元程序中颗粒间力链的变化,揭示了不同冲击条件下的落石冲击力扩散机制、落石冲击力的扩散范围以及扩散角,本文的主要研究结果如下:
  (1)本文通过模型试验研究了落石形状对冲击力扩散的影响,将球体落石与垫层接触定义为曲面接触,将块体、柱体以及方体落石与垫层接触形式定义为平面接触。其中,球体落石对防护结构的冲击作用最弱,冲击力扩散范围最大。结果表明曲面接触冲击力更易发散;落石与垫层为平面接触时,冲击力相对集中。对于2kg落石,平面接触板中点处加速度为曲面接触作用时的1.12~2.34倍。
  (2)分析了垫层碎石含量对落石冲击力和扩散范围的影响。研究表明垫层的碎石含量对落石冲击力影响较大,随着碎石含量的增加落石冲击力越大;但垫层碎石含量对落石冲击力的扩散影响较小。碎石含量在50%以下时,冲击力增幅均在50%以下;当碎石含量为75%时,冲击力增幅介于80%~110%之间。不同质量落石从3m高度下落时,碎石土垫层板中点处加速度为土垫层的1.04~1.52倍。
  (3)分析了垫层密实度对落石冲击力及其扩散范围的影响,表明垫层密实度对落石冲击力的扩散有较大影响,当密实度较小时,落石冲击力出现应力集中现象,反之出现应力扩散现象。当落石下落高度为1m且采用35.7kg砝码进行压实时,混凝土板中点处加速度值为自然堆积的1.13~1.37倍;当采用71.4kg砝码进行压实时,混凝土板中点处加速度值为自然堆积的1.25~1.49倍。
  (4)分析了垫层厚度对落石冲击力及其扩散范围的影响,发现垫层厚度对落石冲击力的扩散范围有显著影响,垫层厚度越大,落石冲击力的扩散范围越广。当垫层厚度刚开始增加时,落石冲击力的扩散范围增长明显,但随着厚度的不断增加,冲击力扩散范围增长不明显,且对落石冲击力的缓冲效果没有垫层厚度刚开始增加时那么明显。
  (5)分析了落石半径、岩性和下落高度对落石冲击力和扩散范围的影响。研究结果表明落石半径与落石下落高度对落石冲击力及冲击力的扩散影响均较大,而岩性对落石冲击力及冲击力的扩散影响均较小。随着下落高度和半径的增加,落石冲击力及冲击力的扩散范围都增加。
  (6)分析了冲击能量相同时,随着落石冲击角度增加,落石冲击力也逐渐增大。正碰时落石冲击力的扩散范围最大,斜碰时扩散方向与冲击力作用方向一致,且斜碰时落石冲击力扩散范围变化较小。当冲击角度为45°时,冲击力的扩散范围为30°的1.01倍;当冲击角度为60°时,冲击力的扩散范围为30°的1.02倍;当冲击角度为75°时,冲击力的扩散范围为30°的1.06倍;当冲击角度为90°时,冲击力的扩散范围为30°的1.77倍。
  (7)通过数值模拟获得了落石冲击力扩散角的变化范围。PFC2D模拟结果显示,冲击力扩散角介于26°~43°之间,呈现出在相同冲击条件下,冲击作用越强,扩散角越大;而不同厚度垫层落石冲击力的扩散角均在36°波动。
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