塌陷区上覆加筋路基力学行为演化与变形机理细观研究

为深入揭示塌陷区上覆加筋路基力学行为演化与变形机理,本文基于室内试验建立塌陷区上覆加筋路基离散元数值分析模型,从细观层面分析不同筋材长度、塌陷区宽度、路基高度条件下颗粒间接触力链分布、颗粒间相对位移、筋材弯曲变形与拉力、土拱比等变化规律,进而探究筋材长度、塌陷区宽度、路基高度对加筋路基力学行为与变形机理的影响规律。研究结果表明:合理的加筋长度能够使筋材有效承担上部路基荷载并限制路基填料颗粒间的相对位移;本研究中当筋材长度L=500 mm时,限制路基填料颗粒间相对位移的效果最佳,此时,筋材拉力达到最大值,筋材的弯曲变形达到最小值,颗粒间接触力链形状表现为完整拱形;在锚固比相同的条件下,塌陷区宽度越大,土拱效应的发挥程度就越低,土拱比就越小,颗粒间接触力链形状由完整拱形演变为2条未闭合的斜边,随着塌陷区宽度的增加,路基变形范围和筋材变形逐渐增加,加筋效果逐渐减弱;随着路基高度的增加,能够有效限制土拱效应的退化并使土拱效应得到充分发挥,颗粒间接触力链形状由2条和路基底部具有一定夹角的斜边演变为完整拱形,筋材拉力逐渐增大,筋材水平与竖向位移均逐渐减小,路基变形范围形状由矩形变为环状椭圆形且宽度基本不变。

浅埋暗挖交叉相贯隧道施工力学行为试验研究

为完善浅埋暗挖交叉相贯隧道在施工过程中的受力形式及变形特征,依托青岛某地铁工程,根据所选地铁车站的地质条件及衬砌结构特点浇筑衬砌模型并配制围岩相似材料,利用模型试验对采用全断面法在Ⅴ级围岩环境下进行的风道和车站主体开挖过程的力学行为展开研究,并从隧道衬砌结构变形及地层内部位移变化规律两方面分析了浅埋暗挖交叉相贯隧道全断面开挖施工的力学行为。结果表明:对于交叉相贯位置处的隧道结构,已有隧道结构将改变后续施工隧道衬砌结构应变最大值及其出现位置;位于交叉相贯隧道结构附近不同象限内的围岩分别处于水平变形累加区和往复区;地表竖向变形最大点位于后续施工的车站上方且与交叉相贯位置存在一定距离,而在交叉相贯位置处的地表竖向变形值稍小;模型试验明确了交叉相贯隧道在施工过程中围岩及衬砌结构的变形特征,给出了隧道结构地表最大变形与施工步序间的时空关系;研究结果可为相关交叉相贯隧道结构的施工及设计提供依据。

高速动车组空气弹簧内部流场分析及其对动力学特性的影响

空气弹簧作为高速动车组二系悬挂中的重要元件,直接影响了车辆的运行品质,如何建立更加贴近实际的空气弹簧模型逐渐成为车辆动力学分析的重点。基于流体力学理论对空气弹簧内部气体方程进行了推导,依据动网格理论建立了空气弹簧流体力学模型,并通过台架试验验证了模型的准确性。探索了空气弹簧系统内部湍流的计算方法,研究了空气弹簧不同载荷下的刚度特性,进一步分析了空气弹簧的动态特性。研究空气弹簧系统结构参数对垂向特性的影响,通过对管路不同结构参数下Helmholtz共振频率的计算,得出当空气弹簧激振频率与Helmholtz共振频率相同时,会增大空气弹簧阻尼系数。不同连接管路直径下,频率在1.0~5.0 Hz内,随着频率的增大,动刚度明显增大,当频率大于5.0 Hz之后,动刚度逐渐减小并趋于水平;频率在0.5~5.0 Hz内,连接管路直径越小,阻尼系数越大且具有一定滞后性,当频率大于10.0 Hz之后,阻尼系数趋近于0。不同连接管路长度下,频率在1.0~7.0 Hz内,频率越大动刚度越大,当频率大于7.0 Hz之后,随着频率的增加,动刚度逐渐减小并趋于稳定;频率在1.0~9.0 Hz内,连接管路长度越短,空气弹簧阻尼系数越小。

考虑闸瓦制动的重载列车动力学建模与车辆曲线制动安全分析

为探究制动系统对重载列车动力学的影响,以我国万吨重载列车为研究对象,建立了考虑基础制动装置的一维-三维混合万吨重载列车动力学模型。该模型可以反映三维车辆运动姿态变化以及闸瓦-踏面摩擦等因素对列车制动性能的影响,并通过试验数据以及其他模型对比等方式验证了所提出模型的有效性。基于此,分析了紧急制动时曲线路段下万吨重载列车最危险位置处车辆的轮轨动态相互作用和运行安全性。结果表明:紧急制动时,考虑闸瓦-踏面摩擦的基础制动装置对车钩力变化趋势及最大值的位置影响较小。闸瓦制动模型的轴重转移现象更显著,符合实际制动过程中闸瓦-车轮摩擦特性。随着曲线半径的降低,脱轨系数和倾覆系数显著增加,相比于曲线半径1400 m,曲线半径600 m紧急制动时,脱轨系数和倾覆系数分别增加了340.35%和31.72%。

轮轨激励下含局部缺陷的高速列车轴箱轴承动力学仿真分析

轴箱轴承是高速列车走行部中的关键旋转部件,在复杂轮轨激励的作用下容易出现由疲劳、过载等原因导致的失效,影响列车的行车安全.采用UM/Simulink联合仿真的方式,建立了含局部缺陷的轴箱轴承-柔性轴箱-车辆系统耦合动力学模型,研究了不同工况下轴承外圈、内圈和滚子存在单一局部缺陷时系统的动力学响应,分析了轨道不平顺、车轮失圆等轮轨激励对轴箱轴承故障响应的影响.此外,通过对轴箱箱体及轴箱转臂的振动响应进行对比分析,确定了轴箱上提取故障冲击响应的最佳测点位置.相关结果对于指导高速列车轴箱轴承的状态监测和故障诊断具有一定的工程应用价值.

手掘式顶进法进洞施工顶进力计算与后背结构力学特性

顶进法施工中,顶进力的计算尤为重要。对于进洞施工埋深随顶进距离变化(洞口有一定坡度)的情况,尚未有相关理论公式,推导了洞口带有坡度情况下的顶进力理论计算公式,并与模拟结果进行对比,结果表明推导的顶进力理论计算公式较为准确,反映了洞口坡度对顶进力的影响。对3种不同的后背结构型式受力变形特征进行了模拟计算,结果显示连续墙+钢筋混凝土墙效果最好,连续墙+钢架次之,摩擦桩+钢架最差,采用连续墙+钢架后背结构时需着重注意钢架与连续墙的连接型式。

温度-移动荷载耦合作用下沥青路面结构力学响应研究

建立沥青路面结构有限元模型,计算沥青路面结构在一天内温度连续变化条件下温度场分布,在此基础上进行温度与移动荷载耦合,分析沥青路面结构在温度-移动荷载耦合作用下的力学响应。结果表明,沥青面层温度场在一天内的变化呈现先减小、后迅速增大、再减小并趋于缓和的趋势,基层以下路面结构层温度几乎不发生变化;在温度-移动荷载耦合作用下,路表最大竖向位移比不考虑温度作用时最大竖向位移增大8.60%,沥青层层底拉应变比不考虑温度作用时层底拉应变增大176.26%;车辆速度和轴重影响沥青路面的力学响应,随着荷载移动速度的增大,路表竖向位移减小、竖向压应力增大,随着轮胎接地压强的增加,路表横向压应力、竖向压应力和纵向压应力都增大。

滑坡蠕动作用下高速铁路隧道结构安全预警技术与应用

依托某滑坡蠕动作用下的高速铁路隧道工程,设计并构建包括5大子系统,具备监测数据自动采集、数据传输、结构安全评价及预警等功能的隧道结构安全预警系统;分析滑坡蠕动作用下依托工程隧道结构应力在时间、空间上的分布规律,验证系统的可靠性和应用效果。结果表明:通过静态监测系统对隧道结构应力开展自动、实时、长期的安全监测及预警,设计思路具有可行性,构建的结构安全预警系统具备工程可靠性;隧道衬砌结构应力对滑坡蠕动作用的响应是长期而缓慢的,应力在经过4年“波浪式”增长后仍未稳定,其中套衬段最大钢架应力为-19.95 MPa、最大混凝土应力为-15.51 MPa,拆换段最大钢筋应力为-59.14 MPa、最大混凝土应力为-29.55 MPa;当滑面位于隧道下方时,隧道结构承受偏压荷载,拱顶、靠河侧拱部及靠山侧边墙部位的应力较大,且位于滑体边界处断面的应力大于其他断面。该系统可用于高速铁路隧道结构安全状况的评价和预警,并为保障隧道运营安全提供技术支持。

邻近地下结构基坑主动土压力分布规律试验研究

邻近地下结构新建基坑有限土体土压力分布规律是围护结构施工控制的关键问题。针对有限土体常见的3种破坏形式,基于薄层单元理论,定性分析既有地下结构对有限土体主动土压力分布的影响规律。综合采用模型试验与现场测试方法,验证提出的有限土体土压力分布规律合理性。结果表明:(1)半无限土体下邻近既有地下结构新建基坑主动土压力为两端小、中间大的非线性鼓形;(2)既有地下结构侧墙部位有限土体主动土压力增加幅度发生变化,转变部位在既有地下结构的顶部与底部;(3)滑裂面与既有地下结构相交于底板时,土压力呈现B型非线性分布,在既有地下结构底板处土压力值骤减;(4)有限土体土压力随有限土体面积增加(埋深增大、近接距离增大)而增大。研究成果可为探究邻近地下结构的基坑主动土压力分布情况提供新的思路与定性分析方法。

断层错动下非连续管道的力学响应分析

断层错动诱发上覆土体破坏对跨越断层的埋地管道结构安全构成巨大威胁,是复杂环境地下管线设计中不可忽略的场地因素。既有成果较少涉及正断层和逆断层错动影响下的解析解分析,且针对断层-管道相互作用的理论研究一般将管道结构视为连续管道,较少考虑管道接口的影响。首先,在简化SSR(静止区stationaryzone,剪切区shearingzone,刚体区rigid body zone)土体变形模型的基础上,结合erf函数和erfc函数,得到了正断层和逆断层错动影响下的土体位移曲线;其次,引入双参数Pasternak地基模型,对管道微元进行受力分析,借助有限差分法求解得到埋地管道结构的变形和内力;最后,将理论解析解和已有的试验结果及数值模拟结果进行对比验证,获得了较好的一致性。此外,针对断层倾角、断层与管道交点位置和接口转动刚度等关键物理特征参数进行了敏感性分析。结果表明:断层倾角会改变管道位移曲线和轴向应力曲线位置,但其位移最大值和轴向应力最大值基本一致,而断层与管道交点位置不仅会改变管道位移曲线和轴向应力曲线形状,其轴向应力最大值也将发生改变;随着接口转动刚度增大,管道最大轴向应力值随之增大,当接口转动刚度足够大时,可将非连续管道视作连续管道进行计算。

分数阶Rayleigh-Duffing系统的主共振

利用多尺度法研究了谐波激励下分数阶Rayleigh-Duffing系统的主共振。首先,利用多尺度法得到系统的一次近似解析解,通过数值仿真发现解析解与数值解吻合较好,验证了近似解析解的准确性;然后,建立了稳态解的幅频方程及相频方程,基于Lyapunov稳定性理论得到了稳态解的稳定性条件;最后,通过数值仿真并结合幅频曲线,分析发现非线性刚度系数、线性阻尼系数以及分数阶阶次等参数对系统动力学特性有重要影响,这对此类系统的优化和控制有重要意义。

基于安全系数的挤压性围岩隧道围岩稳定性研究

从挤压性围岩概念出发,采用抗剪强度表达的围岩安全系数法评价围岩稳定性,推导了用应力偏张量表示的围岩安全系数表达式,通过FLAC3D二次开发,实现围岩安全系数的数值表达.探讨了变形等级和断面形状对围岩稳定性的影响规律,并研究了注浆加固对围岩稳定性的影响规律.研究结果显示,与塑性区评价方法相比,围岩安全系数法可以实现任何位置的围岩破坏程度定量评价;围岩破坏边界呈蝴蝶形分布;隧道断面面积越大,围岩破坏范围越大;隧道越接近圆形,围岩相对破坏范围越小,圆形为最优断面形状;超前注浆加固对围岩稳定性的改善效果优于径向注浆加固.研究结果为挤压性围岩隧道结构设计和施工变形控制提供参考。

桥梁风工程研究中的雷诺数效应研究进展

桥梁风工程研究中的雷诺数效应问题是伴随着风洞试验方法产生的一个基础性问题,随着桥梁尺寸的增大其雷诺数也逐渐增大,风洞试验雷诺数和实桥梁雷诺数的差别对试验结果的影响越来越受重视。该研究阐述了雷诺数效应问题的由来,回顾了雷诺数效应研究的发展历程,总结了针对圆形断面、矩形断面、主梁断面等不同桥梁结构断面雷诺数效应问题的研究进展,包括结构周围流场、气动力、风致振动随雷诺数的变化,指出了桥梁风工程雷诺数效应研究中尚待解决的问题,为今后该领域的研究提供参考和建议。

基于IHBM的高速列车齿轮传动系统动力学分析

为了掌握高速列车齿轮传动系统在驱动端、负载端转矩激励下的动力学特性,建立了高速列车齿轮传动系统纯扭转振动模型;利用增量谐波平衡法(Incremental Harmonic Balance Method,IHBM)得到了系统在驱动端、负载端转矩激励下的解析解,与系统数值解进行对比,验证了IHBM的合理性;通过绘制系统的频响曲线,分析了驱动端、负载端转矩激励中主要参数的变化对系统动力学特性的影响。结果表明,在驱动端、负载端转矩激励的参数变化下,系统中出现了多个高阶超谐共振区、幅值跳跃、1个甚至多个多值解区域等非线性特征。研究结果对于深入分析在驱动端、负载端转矩激励下的高速列车齿轮传动系统的动力学特性具有独特的参考价值。

开敞系统中冻土-混凝土界面抗拉强度试验研究

在寒区桩基工程中,冻土-混凝土界面强度对于桩基础的受力状态有着重要的影响。在开敞系统条件下进行了冻土-混凝土界面区的抗拉强度正交试验,利用极差方差分析法,厘清了界面粗糙度、土样含水率、试验温度及干密度4种试验因素对界面冻结抗拉强度影响的主次顺序。分析试验结果表明,土样含水率的增大、试验温度的降低及接触面粗糙度的提升均可使界面冻结抗拉强度不断提高;存在临界土样含水率,当含水率位于临界含水率两侧时,接触面粗糙度因水分迁移所形成冰膜改变的程度不同,导致接触面粗糙度的增加对界面冻结抗拉强度增幅的影响程度具有不同的规律。

“车辆-轨道耦合动力学”课程思政改革探索

我国轨道交通成就斐然,是交通强国发展战略的重要组成。车辆专业研究生是轨道交通科技队伍的后备军和生力军,针对机车车辆类的研究生课程思政教学改革是十分必要的。以“车辆-轨道耦合动力学”课程为切入点,剖析了课程思政改革的必要性与难点,介绍了课程思政的建设目标,给出了围绕课程思政的课程教学改革总体构思。提出了思政教育融入课程的总体思路和具体措施,构建了融入价值观教育、民族精神、科学家精神、创新精神、职业精神教育等的课程思政主线,重点解析和挖掘了专业知识中的思政元素,有助于知识传授和课程思政的协同推进与有机融合。

膨胀岩隧道二次衬砌结构受力特性及工程对策分析

膨胀岩对水敏感性强,遇水发生膨胀变形,并产生膨胀压力。为探究膨胀岩隧道在膨胀压力作用下的结构受力特性,以实际隧道项目为工程背景,基于荷载结构法理论,对膨胀岩浅埋隧道在不同的膨胀位置、不同仰拱矢跨比和不同仰拱厚度时的二次衬砌结构的受力特性及变形规律进行了分析和研究。研究结果表明:隧道常规设计断面下,当围岩发生膨胀时,结构承载力不足;当围岩在隧道仰拱和边墙处发生局部膨胀,此工况下的仰拱及拱脚位置处的内力最大,仰拱隆起变形最大,对结构的危害最大;提高仰拱矢跨比和加大仰拱厚度可降低结构内力和抑制仰拱隆起变形,发挥重要作用,但二者提高到一定范围后作用减弱,工程中应视实际情况选择最优仰拱矢跨比和厚度;当围岩在隧道全环发生膨胀时,可通过提高结构混凝土强度等级和配筋率增大结构承载能力。

富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应特征研究

对于围岩中存在管道型溶腔的岩溶隧道而言,受地表强降雨及地下水的影响,管道型溶腔内极易积聚高水压力,进而引发衬砌开裂、渗漏水及涌水病害。为了探明管道型溶腔中高水压力对衬砌结构的影响,开展了富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应模型试验,对不同溶腔位置及不同水头高度影响下的衬砌结构内力特征进行了研究。基于此,建立扩展工况的数值计算模型,进一步探究了不同溶腔直径、溶腔位置及溶腔水头高度对衬砌结构内力的影响。结果表明:当隧道周围存在管道型溶腔时,与溶腔接触位置的衬砌内侧承受较大的正弯矩,为衬砌结构的最不利受力位置;随着溶腔直径和溶腔内水头高度的增加,衬砌内力显著增大;溶腔所在位置影响着衬砌内力的分布,当溶腔位于隧道拱顶时,衬砌结构的抗水压能力最小。研究结果可为管道型岩溶隧道的结构设计及安全施工提供借鉴。

基于局部描述子的小样本轴承故障诊断方法

深度学习由于其在特征表示方面的优势,近年来已被应用于很多领域,但是在故障诊断领域很难获取大量的故障样本来训练模型。针对这一问题,提出了一种基于局部描述子的小样本轴承故障诊断方法,利用改进的深度最近邻神经网络(Deep Nearest Neighbor Neural Network,DN4)进行故障诊断。首先通过短时傅里叶变换将振动信号转换为二维时频图像,特征提取主干网络采用ResNet-12网络,引入高效多尺度注意力机制(Efficient Multi-scale Attention,EMA)来更好地提取故障特征,得到轴承故障的局部描述子,最后利用K近邻算法来得到故障类别。为验证所提方法的有效性,进行了不同样本数量、跨工况条件下的轴承故障诊断实验,实验结果表明,文章所提方法在小样本条件下具有较好的故障识别效果和泛化性能,具有一定的工程应用价值。

ECC全包裹普通混凝土复合试件的力学性能

为综合利用工程用水泥基复合材料(ECC)在力学性能上和普通混凝土在成本上的优势,本工作提出了一种制备ECC全包裹普通混凝土复合试件的方法,通过进行抗压、抗拉及抗弯等试验系统研究了其基本力学性能,并采用数值分析方法对配筋复合梁进行了正截面受弯性能研究。结果表明:在复合试件受力破坏时,ECC和混凝土界面未出现滑移,两种材料黏结可靠实现了协同受力;相对普通混凝土试件而言,复合试件的抗压强度、抗拉强度及抗弯强度均有所提升,尤其是抗弯强度的提升最为显著,对于截面尺寸为100 mm×100 mm的梁,当ECC厚度分别为10 mm和15 mm时,抗弯强度可提高27.4%和57.1%;复合试件具有良好的延性变形能力,破坏后可保持一定的完整性,整体具备高韧性特征;与普通钢筋混凝土梁相比,配筋复合梁有效利用了ECC材料的性能优势,显著提升了配筋梁的承载和变形能力。