爆破影响下砌体结构振动效应及其安全性评价

城市地下工程在进行爆破施工时,邻近建筑结构的安全和稳定至关重要。基于武汉地铁8号线二期联络通道的爆破开挖工程,根据工程现场监测,建立LS-DYNA动力有限元3D数值计算模型并进行了详细分析。研究可知,数值模型质点振速变化和频率特征与工程现场测试基本一致,数值参数和计算方法合理。在振动响应方面,砌体结构主要表现为高度方向的振动,振动最大的点位于结构柱顶、柱脚,振速较大。砌体结构单元动应力沿结构长度方向先增大后减小,沿宽度方向则震荡减小。结构振速与有效应力具有对应关系,根据极限抗拉强度计算得砌体结构的安全控制振速为1.18 cm/s;结构爆破峰值振动速度在安全控制范围以内,单元的峰值有效应力不大于抗拉强度,结构处于安全状态。

含多裂纹沥青路面开裂机制及扩展分析

基于断裂力学基本理论,通过有限元数值模拟方法,研究了同时存在表面裂纹和反射裂纹的沥青路面在交通荷载作用下表面裂纹和反射裂纹开裂机制及扩展路径,深入讨论了路面材料和结构对裂纹扩展路径的影响,分析了表面裂纹的位置对反射裂纹扩展路径的影响,采用多裂纹小梁弯曲试验验证了多裂纹的扩展行为。结果表明:在交通荷载作用下,表面裂纹向着偏离载荷的方向扩展,且扩展路径几乎为直线,反射裂纹则沿着"Z"字形向上扩展;路面结构层模量和厚度的改变能够影响裂纹的扩展路径;反射裂纹总是向着存在表面裂纹的一侧扩展;小梁弯曲试验得到裂纹扩展行为与数值模拟结果一致。

不同围压下的椭圆双极线性聚能管聚能爆破数值模拟

聚能爆破在爆破工程领域应用越来越广泛,而隧道开挖及矿山开采过程中常遇到岩体处于复杂地应力场的情况,给爆破作业带来干扰。针对这一特点,基于ANSYS/LS-DYNA软件,建立椭圆双极性聚能装药结构数值模型,通过施加水平向和竖直向的围压模拟岩体所处的复杂应力场,首先分析无围压加载下聚能爆破的裂纹扩展规律,然后计算单向围压、等值双向围压、不等值双向围压对聚能爆破裂纹扩展以及对爆破应力波传播的影响。结果表明:椭圆双极性聚能装药结构将爆破后的能量主要集中于聚能方向,在聚能方向产生主裂纹,抑制其他方向裂纹的扩展;不同围压会对聚能方向的主裂纹产生较明显的抑制作用,对粉碎区和其他方向的微小裂纹影响较小;围压几乎不会对爆破应力波的传播产生影响。

基于最大最小蚁群优化算法的缓层土质三维边坡临界滑动面搜索

解决滑坡问题的关键在于边坡的稳定性分析,而边坡稳定性分析的要点在于边坡临界滑动面的搜索以及边坡安全系数的计算。为更准确地搜索边坡的临界滑动面,将最大最小蚁群优化算法应用于缓层土质三维边坡临界滑动面搜索。首先采用光滑有限元法结合莫尔-库伦强度准则对边坡模型进行弹塑性分析,计算得到边坡的应力场;然后在边坡内部构建一组独立于有限元法单元网格的条带结点网络,在此基础上引入最大最小蚁群优化算法,结合滑动面应力法建立搜索边坡临界滑动面并求取对应安全系数的计算模型;最后利用该计算模型分别对均质边坡算例、双层材料边坡算例和公路路堑边坡工程实例进行计算与分析。结果表明:通过将该计算模型的计算结果与二维极限平衡法和三维强度折减法的计算结果进行对比,并结合某公路路堑边坡实例的滑坡实际发展趋势,验证了该计算模型的有效性和准确性,可为缓层土质边坡的开挖和支护设计提供依据。

近似圆形矿坑边坡稳定性轴对称简化计算方法

为响应国家“绿水青山就是金山银山”的发展理念,对废弃矿坑的开发再利用成为热点,而采用合理的稳定性评价方法对废弃矿坑边坡加固设计是后续工作的关键。但这类矿坑边坡通常形状近似圆形或椭圆形,三维空间效应不容忽略,基于传统平面应变假设的简化方法对其进行稳定性分析似乎不太合理。在FLAC3D强度折减法的基础上,提出了一种针对近似圆形矿坑边坡稳定性分析的轴对称模型简化计算方法。基于计算结果的对比分析表明:(1)对于这种类似圆形凹坡,轴对称模型计算的安全系数比传统平面应变模型更准确,减少了计算时间,并且轴对称模型对于各种复杂程度不同的边坡类型同样适用;(2)轴对称模型计算的安全系数与三维模型计算的安全系数非常接近,而传统平面应变模型计算的安全系数偏于保守;(3)将轴对称模型计算结果与现有研究对比,表明两者结果相符,并将其进一步应用于长沙冰雪世界项目矿坑边坡加固工程的稳定性分析中,证明其可为类似工程的边坡稳定性评价提供参考。

裂纹问题双边界元法中奇异积分保形变换计算方法

断裂是土木工程构件常见的一种破坏形式,也是计算力学中的难点。边界元法相比有限元法在处理裂纹问题上具有独特优势,目前采用的计算方法主要有子域法和双边界元法。为了避免病态矩阵出现,双边界元法在处理裂纹问题时,在上下裂纹面分别采用位移边界积分方程和面力边界积分方程,同时需要处理不同阶次的奇异积分。本文在传统奇异分解法的基础上,引入了保形变换,消除了积分单元几何形状对奇异积分计算精度的影响。计算结果表明,本文所提出方法可以有效地减少奇异积分所采用的高斯点数量,且对于不同网格划分形式并不敏感。

基于霍克-布朗强度准则的水力压裂离散元数值模拟研究

基于霍克-布朗强度准则提出了一种修正的破裂压力公式,并用颗粒流离散元(particle flow code,PFC)软件建立水力压裂模型进行了验证。对不同地应力状态下的岩石水力压裂过程进行了数值模拟,通过将模拟计算得到的破裂压力结果与所提出的修正破裂压力公式的解进行对比,发现2者在不同地应力状态下都比较吻合,验证了修正的破裂压力公式的可靠性。同时,研究了不同地应力状态对水力裂纹的扩展、数目、宽度、直径等的影响。研究结果对水力压裂增产技术在非常规油气的开采应用中有积极的指导作用。