MATLAB在钢筋混凝土基本原理教学中的应用

钢筋混凝土基本原理作为土木类专业的一门核心基础课程,因其理论深度和公式推导的复杂性,使学生在学习过程中感到困惑和挑战,从而影响了整体的教学效果。为了提升教学质量,增加课程的吸引力和实用性,引入MATLAB软件进行教学成为一个值得尝试的方法。通过MATLAB软件对双筋混凝土梁的正截面设计和非对称配筋矩形截面小偏心受压构件设计进行仿真。将理论教学与MATLAB软件仿真相结合,不仅提高了课程的教学效果,也为学生的未来发展奠定了坚实的基础。

基于主成分分析的瓷绝缘子缺陷识别方法研究

本研究通过主成分分析法(Principal components analysis,PCA)识别了瓷绝缘子的缺陷。实验采用氧化铝和铝矾土两种主要原料的瓷绝缘子,在500kV电压等级选取60个样本进行测试。通过冲击锤获取绝缘子震动信号,然后利用PCA对时间序列和频率响应数据进行分析和处理。实验结果表明,PCA能够识别不同类型的瓷绝缘子缺陷,如瓷体缺陷、瓷帽缺陷和内部缺陷。根据主成分向量,可以识别绝缘子的缺陷类型和材质,通过分析频率响应数据,可以进一步识别瓷绝缘子缺陷类型,为瓷绝缘子的故障诊断提供参考。

岩质边坡爆破振动速度高程效应

基于量纲分析理论,分析影响边坡爆破振动速度相关物理量,推导改进考虑高程影响的爆破振动速度衰减经验公式。结合大冶铁矿东露天采场狮子山北帮边坡挂帮矿开采工程实际,建立简化模型计算分析并通过现场实测数据进行验证。采用已验证模型及参数,分别建立不同坡度边坡(坡角依次为15°,30°,45°和60°)爆破振动数值模型模拟计算,研究高程效应对爆破振动速度衰减的影响。计算分析结果表明:对于同一边坡坡体内同一水平监测点,高程作用对边坡振动速度的放大效应明显,并主要以垂直方向振动速度放大为主;对于同一边坡坡面监测点,随着水平距离、高程差的增大,爆破振动速度以衰减趋势为主导,放大效应不够明显;对于不同坡度边坡,在同一水平处各坡面监测点爆破振动速度随着边坡坡度增加以衰减为主,但存在高程放大效应占主导的现象;对比分析结果说明基于量纲分析改进的经验公式能够对边坡爆破振动速度高程的影响进行更好地修正。

爆破振动作用下邻近埋地混凝土管道动力响应特性

为保证埋地混凝土管道在爆破施工过程的安全性,采用现场监测和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对超浅埋地铁站通道爆破开挖邻近埋地混凝土管道的动力响应进行研究.通过建立管道拉应力峰值和振动速度峰值的函数关系,由最大拉应力强度理论得到管道的爆破控制振速.由管道不同断面最大振速与对应位置管道正上方地表振速之间关系,提出保证管道安全的地表爆破控制振速.结果表明:空管状态下,掌子面后方,管道断面底部和中部振速较为接近,顶部振速最小;掌子面前方,管道断面质点振速呈现出底部最大、中部次之、顶部最小的振动特征;沿着管道轴线方向,质点振速最大的位置出现在掌子面前方3 m管道断面底部位置.管道在空管和满水两种状态下质点振动特征基本一致,管道中水的存在能降低管道质点振速,最大降低幅度为7.3%.管道的爆破控制振速为10.84 cm/s,保证管道安全的地表爆破控制振速为4.53 cm/s.确定的爆破控制振速可以指导现场爆破施工.

超浅埋地铁站通道爆破暗挖地表振动传播特征

结合武汉市轨道交通2号线工程背景,采用现场监测和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对超浅埋通道下台阶爆破开挖地表振动传播规律进行研究。同时,为研究上台阶开挖空间对爆破地震波传播特征的影响,对通道全断面爆破开挖的地表振动传播规律进行数值模拟分析。研究结果表明:下台阶爆破开挖工况下,沿通道开挖导洞轴线方向,由于应力波的绕射,掌子面前方5 m处地表质点峰值振速达到最大值;垂直于通道开挖导洞轴线方向,掏槽孔孔底连心线中点正上方地表质点与爆源距离最小,但峰值振速并不是最大,且质点两侧2 m范围内,随着爆心距的增加,峰值振速不断增大。全断面爆破开挖工况下,沿通道开挖导洞轴线方向,掌子面前方2 m处地表质点峰值振速达到最大值;垂直于通道开挖导洞轴线方向,掏槽孔孔底连心线中点正上方地表质点峰值振速最大,且随着爆心距的增加,峰值振速不断减小。对比通道下台阶爆破开挖和全断面爆破开挖2种工况下地表质点振动特征,上台阶开挖空间的存在阻隔了应力波的传播,在一定空间范围内影响爆破地震波的传播特征,能够有效降低地表质点峰值振速。

P波作用下机场跑道的爆破安全振动速度研究

结合湖北省首例下穿机场跑道隧道钻爆法开挖工程背景,基于理论解析、数值模拟与现场监测相结合的研究方法,分析了下穿隧道爆破产生的入射P波对混凝土跑道的作用机理,研究了机场跑道的隧道爆破振动安全判据.结果表明:下穿跑道隧道爆破振动作用下,岩石与混凝土跑道交界面以拉伸破坏为主;随着入射P波入射角的增大,机场跑道的爆破安全振动速度呈现先增大后减小的趋势,其最小值出现在入射角为零时(即垂直入射的情况),表明爆破地震波垂直入射时机场跑道最容易发生破坏;基于机场跑道的重要性,选取1.7为重要性修正系数,依据爆破地震波以不同角度入射时确定的爆破安全振动速度,得到修正后的爆破安全振动速度在3.67~7.91 cm/s之间;与数值模拟和回归分析结果相比,由于应力波理论分析忽略了材料塑性变形的影响,其计算分析得到的爆破安全振动速度更小,具有更高的安全储备.

城市暗挖隧道爆破地震波传播规律研究

城市暗挖隧道爆破施工引起的地表振动效应是影响地表建(构)筑物安全的重要因素之一。基于数值模拟、实测数据验证和量纲分析方法对不同埋深隧道爆破地震波在邻近地表一定范围内的反射叠加规律和地表振动速度衰减规律进行研究。研究结果表明:城市暗挖隧道爆破产生的地震波在邻近地表一定范围内会出现反射叠加现象,其影响范围随隧道埋深的增加而增大,反射叠加强度随隧道埋深的增加而减弱;论文提出考虑埋深影响的地表振动速度衰减计算公式能更好地反映地表振动速度的衰减规律。研究结果可为地震效应研究和工程施工提供参考。

柱状装药不同起爆方式的数值模拟研究

运用三维非线性动力有限元分析程序ANSYS/LS-DYNA对柱状装药3种起爆方式下的爆轰过程和岩石中的应力波传播特征进行模拟。分析不同起爆方式下岩石中应力波的叠加和传播过程,对比岩石的应力状态、应力水平和振动响应。分析结果表明:不同起爆方式下岩石中应力波的传播方向、大小不同,引起的振动响应也不同;反向起爆时岩石自由面的拉应力和振动速度峰值较正向起爆时大;反向起爆时孔底近区的应力水平较正向起爆和双向起爆时大。综合考虑岩石的应力和振动响应,可得反向起爆的爆破效果较正向起爆和双向起爆好。

基于ANSYS的断层安全性评价方法及应用--以苏北盆地东台坳陷白驹含水层储气库为例

含水层储气库利用多孔介质储层储蓄天然气,选址的地理范围较广,不依赖于大型盐矿或者衰竭油气藏,对我国天然气战略具有重大意义。含水层储气库通过天然断层封堵天然气、固井技术实现周期性注采,达到调节季节性峰值的目的,受注采压力变化的影响,运行过程断层容易开启或破裂,导致天然气泄漏。因此,含水层储气库断层安全性评价至关重要,而常见的断层评价和数值模拟方法没有涉及到多孔介质储层,对其膨胀机理研究尚浅,不适合用于含水构造的断层安全性评价。基于含水层储气库的基本特征,借助ANSYS有限元模拟和静态力学分析总结出一套完整的断层安全性评价方法。以苏北盆地东台坳陷大丰—兴化探区白驹储气地质体为例,构建出地层—断层的3D实体模型,根据初始应力平衡分析和断层岩石样本的轴压实验论证模型的有效性,通过位移约束法模拟不同运行压力条件下目标断层的应力状态,预测运行压力的极限值为29.50 MPa,超过该值断层可能发生拉张破坏。

露天转地下开采矿山边坡爆破振动速度预测

为合理控制露天转地下开采爆破振动效应,以大冶铁矿露天转地下开采中深孔爆破工程为实例,综合运用萨道夫斯基公式、考虑高程影响的爆破振动速度预测公式及人工BP神经网络方法,对边坡爆破振动速度进行预测研究,并与现场爆破振动监测结果进行了对比分析。研究结果表明:在存在高程影响的矿山边坡爆破振动速度预测过程中,采用三种预测方法对比发现,BP神经网络模型在爆破振动速度切向、径向、竖向三个方向的预测误差率均在6%以内;同时采用考虑高程影响的改进公式预测时在Z方向上具有较高的精确性,误差率仅为11.89%;而萨道夫斯基公式精确性相对最差。研究结果可用于预测及控制露天转地下开采矿山边坡爆破振动速度。

露天转地下开采边坡爆破振动小波能量分析

为了分析露天转地下开采高陡边坡爆破振动特征,实现矿山安全高效开釆,根据爆破振动信号的非平稳、复合特点,结合大冶矿山露天转地下开采高陡边坡爆破振动实测数据,利用小波变换的多分辨率特征对爆破振动信号进行小波变换和小波频带能量特征分析。分析结果表明：db8小波函数变换能有效精确地分析爆破振动信号;爆破振动能量的优势频段为31.25～62.5 Hz,远大于岩质边坡的固有频率,爆破振动对边坡岩体结构影响有限;边坡爆破振动能量在不同方向上的大小不同,在指向边坡自由面的水平方向上的爆破振动能量最大,应重点分析。

抽水蓄能电站勘探平洞掏槽爆破方法研究

为解决抽水蓄能电站勘探平洞钻爆掘进单循环进尺低问题,加快抽水蓄能电站工程地质勘察施工进度,提出了“大直径空孔环+桶式多阶段”新型掏槽方法,并分析了其参数合理性和破岩机理。工程实例应用表明,掏槽方法可将抽蓄勘探平洞(小断面)单循环平均进尺、月平均进尺分别提高并稳定在3.12 m和280 m水平,在抽蓄勘探平洞(小断面)钻爆法快速施工中具有显著适用性和优越性,同时,在抽蓄勘探平洞、矿山岩巷、抽蓄排水廊道等有快速掘进需求的小断面隧洞中具有极高的推广应用价值。

隧道下穿运营机场跑道的爆破振动安全判据研究

以我国第一座采用钻爆法下穿运营机场跑道的隧道恩施金凤大道许家坪隧道工程为依托,开展对机场跑道的爆破动力安全判据的研究。首先基于应力波传播理论及极限拉应力准则,对爆炸应力波传播至机场跑道上表面(即自由面)处发生的反射进行理论分析,建立基于混凝土跑道结构安全的爆破振动速度判据模型,并提出跑道的爆破振动速度安全阈值;同时,基于数值模拟,从统计角度建立拉应力峰值与质点振动速度峰值之间的函数关系,求解得到机场跑道的爆破振动速度安全阈值。最后,将理论分析结果、数值计算分析与《爆破安全规程》进行对比分析,最终确定机场跑道的爆破振动速度安全判据,为在隧道下穿机场跑道爆破施工提供了依据。

动态卸荷作用下节理围岩损伤过程研究

为了探明节理岩体中的巷道爆破开挖后的卸载机理,为实际工程提供理论依据,本文基于离散元数值模拟方法,分析了考虑爆破荷载深埋矩形巷道节理围岩的损伤过程。结果表明:高地应力条件下,爆破开挖会在节理围岩中诱发显著的松动效应,导致洞壁附近形成远大于静态塑性区的动态松动损伤区,使得最终屈服区以外的节理面强度和渗透性等力学参数发生劣化;受爆破荷载的影响,岩体的回弹将产生较大的振动速度,达到m/s量级,是洞壁附近节理面损伤的主要来源;节理的组合方式也会对节理松动产生较大的影响,当节理夹角接近60°时,围岩最容易破坏。

节理岩体对SV波传播的影响

为了研究SV波在岩体节理中的传播规律,以含平行双节理岩体为研究对象,采用快速有限差分方法研究了节理面刚度、节理倾角、节理间距对SV波传播的影响,通过质点振速放缩系数(VSF)的变化来分析影响因素对SV波传播的影响。研究结果表明,节理刚度K对不同位置的VSF影响并不一致,在节理1前监测点的VSF随着K的增大而逐渐减小,其余监测点的VSF随着K的增大而逐渐增大;节理倾角α对VSF的影响较为复杂,但均在45°处出现拐点;各监测点的VSF随节理间距d的增大而减小并趋于稳定。

含单条顺层结构面岩体中爆破振动的规律

为了研究爆破地震波在含结构面岩体中的传播规律,以大冶铁矿爆破开采工程为依托,基于动力有限元数值模拟分析了深孔爆破的荷载特性,建立了坡角为50°的含单条顺层结构面岩质边坡,分别分析了采矿深度、结构面刚度和结构面倾角对坡面质点峰值振动速度分布特征的影响。结果表明:结构面的存在对爆破地震波的传播规律有显著的影响,但采矿深度的影响相对较小;结构面法向刚度的增大在一定范围内能显著提高爆破地震波的透射效应;切向刚度和结构面倾角的影响相对较复杂。

柱面SH波作用下管道的动应力集中研究

在地下工程爆破开挖过程中,爆破地震波对管道安全的影响是十分重要的。为了更好的研究柱面SH波作用下管道的动应力集中情况,以爆破地震波中的柱面SH波作为研究对象,推导了柱面SH波作用下管道内壁上动应力集中系数(DSCF)的解析解。通过宝通禅寺地下通道爆破开挖工程,讨论了归一化爆心距r^(*)和入射波频率f对DSCF的影响。结果表明,由于管道与周围土层剪切模量差异较大,管道上的动应力集中系数普遍较大;从DSCF分布的角度来讲,当r^(*)<5时,柱面波与平面波的差异较大,但当r^(*)>5时,柱面SH波基本可以认为与平面SH波等价;低频入射波对管道的安全更为显著,特别是入射波频率与管道自振频率接近时,管道受到的影响最为严重。

SH波作用下浅埋隧洞的动应力集中特性

针对平面SH波作用下浅埋隧洞的动力响应问题,采用复变函数和多极坐标方法,研究了入射波频率、入射角度以及隧洞埋深对隧洞动应力的影响规律。研究结果表明:低频波入射时隧洞埋深对动应力集中系数分布影响不大,但高频波入射时影响较为明显;随着入射波与水平面角度逐渐增大,隧洞动应力集中系数(dynamics stress concentration factor,DSCF)分布越来越复杂,最大值从低频段逐渐转移到高频段;当入射角θ0>0时,最大DSCF略大于3,远大于深埋隧道的2.3;当θ0=0、波数小于0.5且隧洞埋深h>4a(a为半径)时,最大DSCF的谱分布较均匀,此时从最大DSCF的角度可将隧洞近似当成深埋隧洞来分析入射波对隧洞的动力作用。

柱面SH波作用下管道的动力响应

在地下空间开发建设过程中,钻爆法开挖诱发的爆破地震波对地下管道安全至关重要。当爆源距离管道较近时,波阵面的曲率会对管道的爆破动力响应特性产生显著影响。采用波函数展开法研究了柱面SH波爆破作用下管道的动应力集中问题,首先讨论了混凝土管道和PVC管道的动应力集中系数分布规律,进而探讨了一般情况下波源到管道轴线距离、入射波频率以及管道与土层剪切模量比η对管道内壁动应力集中系数的影响。结果表明:相较于PVC管道,混凝土管道内壁的动应力集中系数分布形状对柱面SH波频率较敏感;η是影响管道动应力集中系数的重要指标,当入射波频率一定时,随着η的增大,管道最大动应力集中系数也逐渐增大;η一定时,随着入射波频率增大,管道最大动应力集中系数逐渐减小;波源到管道轴线距离会因波阵面曲率对管道破坏位置产生影响,而其对最大动应力集中系数的影响较小。

MATLAB在桥涵水文课程教学中的应用

在桥涵水文课程的教学过程中,为了提升学生的技术能力和专业水平,应充分利用计算机进行运算,这样不但可以提高计算效率,还可以使软件运用与教学课程融会贯通,因此,引入MATLAB软件在桥涵水文教学中具有实际意义,可以推动专业教学的发展,提高教学水平。本文引用一例题,通过使用MATLAB进行运算来阐释其应用意义。