隧道施工中洞口边仰坡稳定性三维有限元分析

文章以云南思小高速公路麻地河1号连拱隧道为例,首先结合其地形、地质条件,建立了三维弹塑性有限元模型,动态模拟了此隧道上下台阶法开挖过程。同时采用强度折减法分析了隧道在施工过程中边坡的稳定性情况,得出了坡体的安全系数随施工的进行逐渐减小,最后趋于稳定的结论。最后简要分析了边坡的破坏失稳机理,提出需加强观测以及采取一定加固措施的建议。

覆盖层地基上250m级土石坝抗震分析

以某250 m级高心墙堆石坝为例,运用三维非线性静动力有限元方法,模拟大坝的施工、蓄水过程,计算分析了坝体及坝基在场地谱人工地震波作用下的动力反应,验算了心墙及反滤料的动强度,采用Seed建议的安全系数法验算了坝基砂层发生液化的可能性.分析结果表明,坝顶部位的心墙及反滤层均存在动强度不足的问题,处理好材料密度、动强度及心墙拱效应的关系是解决该问题的关键.建议挖除坝基覆盖砂层,防止砂层液化,确保大坝安全.

三维编织复合材料渐进损伤的非线性数值分析

基于考虑纤维束相互挤压的八边形纤维柬截面单胞模型,引入周期性位移边界条件,采用细观非线性有限元方法,建立了三维四向编织复合材料的渐进损伤拉伸强度模型．该模型考虑了增强体纤维束纵向非线性剪切应力-应变关系,采用Hashin型损伤失效准则定义了纤维束的典型损伤类型,并根据纤维束和纯基体相应损伤类型所造成的材料性能退化,模拟了不同编织角试件各类损伤产生、扩展及材料最终破坏的整个过程．模型数值结果与实验数据吻合较好,证明了该模型的合理有效性．探讨了组分材料剪切非线性、损伤对材料宏观非线性本构行为的影响,结果表明:随着编织角增大,纤维束剪切非线性效应和累积损伤对材料非线性力学行为的影响明显增强．

冲沙孔坝段三维有限元应力变形分析

针对马堵山重力坝冲沙孔坝段复杂的坝体结构,建立了坝体和坝基的三维有限元模型,计算了各工况下的应力和变形,分析了孔口和坝基面附近的拉应力区域并进行安全评价。根据有限元计算结果对该坝段进行抗滑稳定分析,结果表明该坝段设计合理、符合规范要求。

盾构隧道的开挖模拟及地震反应数值分析

由于盾构隧道掘进的特殊施工工艺,使开挖模拟的数值计算存在着诸多难以量化的因素。采用应力释放法模拟盾构隧道的开挖,在衬砌和土体之间设置等代层单元模拟盾构施工的影响,求得竣工期的应力场和位移场。在静力计算基础上运用动力有限元时程分析法,采用粘性人工边界条件,分析了隧道衬砌在地震过程中的最大响应。其结果和规律可为一般的盾构隧道地震反应分析提供借鉴。

地下厂房施工开挖过程的三维数值仿真分析

采用三维非线性有限元方法对某电站地下厂房主洞室施工开挖过程进行数值模拟计算,数值仿真采用ANSYS软件,主要内容包括:施工开挖过程的数值模拟、有限元计算、位移分析、应力分析、屈服区分析和稳定性分析等.基于计算成果,研究地下厂房开挖过程中洞室围岩及岩锚吊车梁的变形状态、应力状态、屈服区分布以及整体稳定性,指出了在设计、施工中的注意事项,为后续施工提供参考.

多年冻土地区工程桩竖向承载力三维数值分析

根据冻土与混凝土圆柱间冻结强度试验,得出冻土温度对冻结强度影响强烈的特点。将混凝土灌注桩、桩周冻土及桩土接触面简化成有限元集合体,编制了三维非线性有限元程序。计算的荷载-沉降曲线与漠河多年冻土区现场试验荷载-沉降曲线吻合程度良好,验证了该模型的适用性;对不同的冻土温度、桩径、桩长等因素进行了参数影响分析,得到对桩承载力影响规律,并相应地提出提高多年冻土地区单桩承载力的设计原则。

楔环连接结构的非线性静力学行为研究

通过静力加载实验,并结合3维接触有限元数值计算,研究了由2个筒体和2根楔带装配组成的楔环连接结构试件的非线性静力学行为。结果表明,在轴向拉伸下,当拉力增大到一定值时,楔环连接结构的总拉力-总轴向伸长就表现出非线性关系;在轴向-横向力联合作用下,在载荷增大过程中,楔带与壳体的接触位置会发生变化,从而导致口盖孔邻近区域应力集中位置也会发生一定变化,进而引起结构上应力随载荷的非线性变化。对楔环结构的这些非线性行为的认识为结构的设计和使用提供了概念指导。

软土地基上填土桥坡工后沉降三维有限元研究

采用适用于上海饱和软土的非线性粘弹塑性模型 ,研制了三维有限元软件。应用该软件对软土地基上填土桥坡的工后沉降进行了三维有限元研究 ,并将计算值与实测结果作了比较 。

深覆盖层上的混凝土面板堆石坝研究

采用三维非线性有限元方法,对深覆盖层上的混凝土面板堆石坝的应力和变形进行研究,对大坝的施工和蓄水过程进行了仿真分析。分析结果表明,防渗墙竣工期存在较大的拉应力,防渗墙与连接板的接缝在蓄水后张开12.6mm,但尽管变形较大,趾板与连接板、面板周边缝均不会张开,也不会错动,连接板和趾板存在不大的拉应力,可通过配筋解决。研究成果可供类似工程参考。

基于流动坐标系的3维空间动力非线性有限元方法

为了考虑3维空间中柔性结构大幅振动的几何非线性振动效应,建立了基于流动坐标系(CR列式)的Newmark-β非线性有限元动力时程计算方法。在动力时程计算的每一个时间步中,考虑结构的几何非线性,考虑初始应力和重力的时变效应,通过平衡迭代计算,得到有限元模型各个节点的位移、速度、加速度。开发了使用杆、梁单元的有限元计算程序,并提供了详细的计算方法与计算流程。设计了多个算例,计算得到了柔性结构在3维空间的非线性振动现象,依据非线性振动理论解释了现象的原理。通过算例与ANSYS的进行了对比,结果表明:算法与程序编制正确可靠,计算效率高,适用于柔性结构在3维空间中大幅度非线性振动的计算与研究。

软土蠕变对隧道影响的三维有限元研究

为研究软土蠕变对隧道的长期影响 ,研制了相应三维有限元软件。软件中采用适用于上海饱和软土的非线性粘弹塑性模型 ;壳单元模拟衬砌 ;罚单元协调位移。应用该软件计算分析了软土蠕变对隧道的影响 ,得出了有益的结论。

坝体与背管结构相互作用分析

基于李家峡坝体径向变位观测资料,用三维非线性有限元分析坝体与坝后背管结构的相互作用。结果表明:坝体变位使背管上弯段附近外包混凝土产生0.0～2.33MPa的轴向拉应力,使管腰产生0.2～3.1MPa的剪应力,使背管与坝体接缝面产生0.05～1.20MPa的剪应力;背管对坝体有很小的支撑作用,管内内水压力使坝体有向下游变形的趋势,但对坝体应力的影响不大。因此,坝体变位和管内内水压力分别是背管产生轴向拉应力和环向拉应力的主要因素。

异型布置剪力墙结构体系理论分析及试验研究

本文提出一种异型布置钢筋混凝土剪力墙高层结构体系,建立了三维异型布置剪力墙模型。考虑空间作用效应、楼板连梁延性影响,对这种新型结构进行了三维抗震非线性有限元分析,并与试验结果进行了比较研究。结果表明,与传统双肢剪力墙结构相比,新型异型布置剪力墙结构同时具有整体抗侧刚度大、抗震能力强、使用空间大等优点,是一种结构性能、建筑性能、经济技术优良的新型剪力墙,工程应用前景广阔。

基于超弹性牙周膜的三维有限元正畸模型的构建

目的构建高精度的正畸模型为后期研究奠定基础。方法通过有限元方法建立直丝弓矫治器三维非线性模型。结果成功建立了以Mooney-Rivlin超弹性牙周膜为基础的上颌骨-上牙列-MBT矫治器-方丝三维有限元模型,包括1380785个节点,849924个单元。结论本模型具有可信的临床仿真性,可满足正畸相关力学行为的研究需要。

软土地基上填土桥坡工后沉降三维有限元研究

采用适用于上海饱和软土的非线性粘弹塑性模型 ,研制了三维有限元软件 .应用该软件对软土地基上填土桥坡的工后沉降进行了三维有限元研究 ,并将计算值与实测结果作了比较 ,认为软土路基的蠕变效应是造成桥坡工后沉降的主要因素 .

高拱坝整体稳定地质力学模型综合法试验与数值分析

大岗山拱坝地质构造复杂,影响拱坝整体稳定的岩脉、断层、节理裂隙众多,针对工程地质特点,采用整体地质力学模型综合法试验与三维非线性有限元相结合的方法进行研究,对坝址区地形、地质条件,包括岩体、岩脉、断层、节理裂隙等主要地质缺陷的特征进行物理和数学模拟,分析坝体及基础变形特征,探讨坝肩、坝基失稳的破坏过程和破坏形态,得出拱坝及坝基综合稳定安全度为5.0～5.6(试验值)、5.6～6.0(计算值),以此评价工程的安全性,提出加固处理建议。

基于CT切片的三维混凝土细观层次力学建模

基于CT切片研究混凝土数值模型的三维重构,可以为揭示混凝土破坏机理研究提供更好的研究对象。基于数字图像技术和MATLAB图像处理工具,针对混凝土截面CT切片研究混凝土三维模型的重构技术。应用CT技术获取混凝土试件截面切片,应用底帽变换等方法将CT切片处理为三值图片,考虑孔隙影响,并基于体数据法重构混凝土三维模型。基于网格映射方法,重点研究了单元属性控制因素,提出更精确的单元属性识别判断准则,得到了与试件真实骨料配比相近的三维有限元网格模型。对重构的混凝土试件的四点弯拉断裂过程的非线性有限元分析表明,数值分析的弯拉曲线与破坏形态都与实验结果有较好的相似性,数值模型能较好的模拟实际混凝土试件的破坏。