3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能数值模拟研究

为深入研究3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能,基于3D打印混凝土永久模板叠合柱及同尺寸整体现浇对照柱试验建立构件数值模型,模拟分析其轴压荷载-位移响应及失效形态。针对界面粘结性能、现浇混凝土抗压强度、打印模板厚度、荷载偏心距等参数开展3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能计算分析,研究表明:叠合柱轴压极限承载力随着薄弱界面剪切强度、刚度及现浇混凝土抗压强度的增大而增大。由于打印材料的抗压强度高于现浇混凝土,叠合柱抗压极限承载力提升率与打印模板厚度呈近似线性关系,叠合圆柱的抗压极限承载力随着荷载偏心距的增大而降低,呈近似线性负相关。此外,偏心距对叠合圆柱极限承载力下降幅度的影响大于现浇圆柱。

基于Rhino和Flow-3D耦合的串列四桥墩局部冲刷数值模拟

针对复杂地形下串列四排桥墩局部冲刷问题,以洺河京港澳高速桥6号桥组为研究对象,以不同泥沙级配及中值粒径表征非均匀沙质河床及来沙条件,考虑泥沙水下休止角等影响因素,通过建模软件Rhino耦合Flow-3D开展三维数值模拟研究,得到串列四排桥墩周围流场结构及冲坑演变过程。将模拟得到的流速值和冲深值与物理试验结果对比,相对误差均在10%以内,表明构建的数学模型能够较好地实现复杂地形下非均质河床的四排桥墩局部冲刷数值模拟。模拟方法可为类似三维曲面数值模拟研究提供参考,对于识别桥墩周围水流结构和冲刷特性、指导桥梁规划设计具有重要的参考价值。

基于FLOW3D的集成式水下基盘泥沙冲淤三维数值模拟

泥面下集成式水下基盘是为开采渤海通航区等海域油气资源而提出的新型基盘,其基坑周围局部冲淤是工程实践关注的问题之一。基于不可压缩粘性流体运动的Navier-Stokes方程建立泥面下集成式水下基盘基坑周围三维水动力数学模型,对不同粒径和不同流速情况下的局部冲淤进行了模拟。结果表明:泥沙粒径为0.005 mm时,由于泥沙较难起动,基坑附近局部冲淤较小。粒径分别为0.05 mm和0.1 mm时,在典型流速作用下,基盘附近可分别形成1 m左右和4 m左右的淤积。

基于FLOW⁃3D数值模拟和物理模型试验的水闸水流条件研究

介绍FLOW-3D数值模拟和物理模型试验在海口市龙塘大坝枢纽改造工程水流条件研究的应用,通过各工况的数值模拟与物理模型试验,对水闸水流流态、流速和沿程水面线等水力特性进行计算与观测。经对比分析,各工况下FLOW-3D数值模拟和物理模型试验所得的流态、水面线、流速变化及分布规律基本一致,为研究泄水建筑物布置及体型设计的可行性及合理性,泄水建筑物设计及运行管理提供了科学依据。

基于FLAC3D的某水电站岩体倾倒变形过程数值模拟研究

我国西南高山峡谷地区地质作用强烈,倾倒变形岩体广泛发育,基于拉格朗日有限差分法的FLAC3D软件可对岩体倾倒变形过程进行数值模拟研究。建立了流变模型对澜沧江上游某在建水电站的一处倾倒变形体进行了研究,结果表明,在岩体自重和卸荷应力的长久作用下,库区陡立岩层会朝向临空位置发生倾倒变形破坏。这是一个长期的流变破坏过程。倾倒变形仅发育在边坡的浅表层,深部的岩体未发生倾倒,浅表层底部的岩层弯曲最为强烈,这些部位的岩层将最先发生折断,若折断面贯通,极有可能导致倾倒体整体垮塌滑动引发滑坡等灾害。在水电站建设中要着重考虑对倾倒变形程度严重的坡体进行支护,防止发生大规模的失稳破坏。

基于FLAC3D的深基坑开挖过程地表沉降及围护结构受力数值模拟研究

为了掌握基坑工程支护开挖中地表沉降及围护结构受力情况,以苏州市某商业建筑深基坑工程为背景,基于FLAC3D有限差分软件,对基坑支护开挖全过程进行了数值模拟计算分析。数值计算结果显示:在桩、挡墙开挖成孔过程中,由于突然卸荷,地层向孔内发生变形,有塌孔的风险;当桩、挡墙开挖与浇筑过程中,基坑外围5m范围内的地层沉降比较明显。基坑内开挖也出现5m范围内离基坑越近变形越小,5m范围以外离基坑越远变形越小。分层开挖厚度越大,地表沉降越明显。

基于FLAC 3D数值模拟的巷道支护优化设计研究

以大隆矿二水平S1E-1303运顺为研究对象,结合大隆矿历年来支护设计类型和国内外先进支护技术方案,采用FLAC 3D 5。0建立数值模拟模型,分析其巷道稳定情况;对深部动压影响区、构造压力带、软岩破碎带等特殊地质情况分析,对历年来常规支护设计方案的模拟及优化,优化形成的支护设计方案,有效地控制顶板下沉,使巷道围岩能最大限度地发挥自身承载作用,可以减少锚杆2500根/千米及配套树脂药卷等,具有较好的经济效益,可在今后的工程中推广采用。

基于PLAXIS 3D的深厚淤泥质土基坑数值模拟分析

以深厚淤泥质土基坑为例,设计方案为“钢板桩+内支撑”支护体系,采用PLAXIS 3D软件建立三维数值模型,通过模拟基坑的开挖过程,研究了淤泥质土基坑支护结构的应力状态和变形情况。结果表明:(1)土体硬化模型能够准确反映淤泥质土的特性,设计采用的“钢板桩+内支撑”支护体系能够满足规范要求;(2)第3道内支撑为施工的关键所在,对控制土体侧向位移有显著影响。

回字形3D打印混凝土受压性能试验及数值模拟

本文将回字形3D打印混凝土试样切割成中心回字型、边缘条纹型和角部拐角型三种类型试块,开展X、Y和Z三个方向的抗压强度试验,并利用基于界面黏结的有限元模型模拟其受压行为,探究回字形3D打印混凝土的强度不均匀性、各向异性和形成机理。结果表明:三种类型试块均为X向(顺打印条带方向)抗压强度最高,Z向(逐层叠加方向)强度最小,其中,中心回字型试块三个方向的平均强度最高,各向异性也最显著,但总体而言三种类型试块的平均强度差异不大;有限元模型的强度计算结果及损伤特征与试验结果基本吻合,说明黏结单元的引入能较好地模拟3D打印混凝土的界面行为;与受力方向垂直的水平界面对强度影响较大,不同加载方向上此类界面的数量和分布不同是导致3D打印混凝土强度各向异性的主要原因。上述研究为3D打印混凝土的打印路径规划提供了参考。

基于FLAC3D软件模拟港池疏浚对高桩码头结构及岸坡的影响

基于内河某码头港池疏浚项目,采用FLAC3D软件建立三维模型,对疏浚前后码头各构件以及岸坡的位移与应力变化进行分析研究。结果表明:疏浚工程会对码头部分构件产生重要位移及应力的影响。疏浚完成后,在码头与驳岸接驳位置产生了较大的沉降,为28 mm左右;在码头斜桩段位置出现了最大水平位移,为4 mm左右;在引桥纵梁正下方,所在区域土层发生了最大水平变形,为70 mm左右。随着码头南端与引桥距离的增加,桩基支撑作用逐渐减弱,桥梁的侧向变形逐渐增大,同时在引桥后方桩位置处出现了最大弯矩与最大剪力。

表面流人工湿地Delft3D水动力数值模拟与空间形态设计研究

表面流人工湿地作为一种典型的城市绿色基础设施,在风景园林设计中的应用场景不断增加,但当前其设计过程中存在水体净化效能与空间形态营造较难兼顾的技术瓶颈。从学科交叉融合的角度,以江苏省太仓市某人工湿地净化工程中的表流湿地为例,利用Delft3D软件,通过模拟表流湿地12个方案中“岛屿”微地形或挡墙等不同要素组合下的水力效率(λ)和流速“死区”分布,分析不同方案的整体净化效能高低与内部水动力异质性特征,从而得到影响表流湿地水力特征与水体净化效能的关键空间形态要素,并提出相应的表流湿地空间形态优化策略,为表流湿地的设计提供循证依据。通过数字赋能有助于提高表流湿地实践的科学性与合理性。

基于数值模拟的混凝土3D打印性能分析方法研究

为推广应用3D打印混凝土技术,研究绿色高效的材料性能分析方法,需要对3D打印混凝土(3DPC)材料性能进行优化、完善打印路径设计,更好地控制打印质量,而目前的试验探索方法存在高耗能、效率低等弊端,故采用数值模拟方法优化3DPC性能。首先归纳分析3DPC的性能指标及其影响因素,重点讨论离散元法、计算流体力学法、有限元法在优化3D打印过程中的应用,包括优化打印参数,预测打印材料性能和流变响应,以更安全经济的方法得到影响机理,并分析各种方法的优缺点。通过综合分析和总结,对3DPC性能评价方案进行优化,并提出更适合3DPC流动性分析的材料模型。

伊犁加朗普特滑坡灾变效应分析——基于FLAC 3D数值模拟

在对伊犁加朗普特滑坡野外勘察的基础上,确定其成因类型、形成机理及灾变过程。建立了基于主勘探线剖面的加朗普特斜坡地质力学模型,由坡底向上依次为第一、二、三、四级斜坡,运用FLAC 3D开展数值模拟,用摩尔库伦本构、Mohr-Coulomb模型收敛标准和强度折减法进行天然工况下斜坡的稳定性分析。计算结果显示:在天然工况下(考虑自重),加朗普特斜坡的稳定性系数为1.37,斜坡处于稳定状态。在降雨工况下,稳定性系数为0.98,斜坡处于不稳定状态。分别模拟斜坡在2种工况下从稳定阶段→失稳阶段→失稳破坏阶段的灾变过程,形成总位移、X方向位移、大主应力、小主应力、最大剪切应力、最大剪切应力应变增量和斜坡塑性区云图,重现了灾变过程,为准确认识灾变过程、减灾防灾及灾害评价提供参考。

基于RFPA-3D的煤层钻孔水力压裂裂缝扩展规律数值模拟

水力压裂裂缝的几何形态是评价压裂效果的主要因素,煤层受割理、层理和天然裂隙的影响,非均质性较强,对于垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力共同影响下的煤层水力压裂缝扩展规律还未形成系统认识。利用RFPA-3D数值模拟软件,研究非均匀分布的硬煤层和软煤层,在垂向主应力不变,不同水平主应力差下水力压裂三维裂纹的扩展过程和延伸规律,研究发现硬煤层水平主应力差接近时,水力压裂缝在煤层中延伸没有优势方位,形成网状缝;水平主应力差较大时,水力压裂缝主要沿最大水平主应力方向扩展,其他分支裂缝初始阶段沿着最小水平主应力方向延伸,随后逐渐向最大水平主应力方向靠拢。软煤层水力压裂初始阶段,注入段附近煤层以井筒为中心向四周挤压,煤层被挤压形成一个“大肚子”区域,待煤层挤压到一定程度,煤层开始起裂、裂缝扩展;水平主应力差接近时,注入段煤层压实后,起裂形成网状缝;水平主应力差较大时,注入段煤层压实后,压裂缝沿最大水平主应力方向以及与最大水平主应力方向成45°夹角方向产生两条优势裂缝。研究成果在安徽芦岭井田Y-01煤层气水平井组进行应用,日产气突破10000 m^(3)。

基于PFC3D的灰岭尾矿库溃坝三维数值模拟研究

为了研究广西灰岭尾矿库溃坝后对下游区域的影响,借助GOCAD与Rhino软件建立符合实际地形的尾矿库区域三维模型,并利用PFC3D三维离散元模拟软件对灰岭尾矿库运行至最终堆积标高+490 m时的状态进行溃坝模拟,分析了尾矿下泄可能淹没的范围、尾矿泥石流影响的区域。结果表明,溃坝后尾矿泥石流演进速度能在较短时间内急速增加到最大值,之后逐渐消减,距坝址越远,尾矿泥石流演进速度消减越快;溃坝演进时间为1100 s时,尾矿最远演进距离为尾矿坝脚1215 m处,下泄体最大宽度约853 m、最大深度约30 m,途中淹没多处敏感点,该研究为尾矿库失事的早期预警、人员疏散和抗洪救灾等提供了决策信息。

基于FLAC3D数值模拟技术的岩石力学课程教学改革

通过岩石力学学科常用软件FLAC3D在工程教学中的应用,可以促进学生对岩石力学FLAC3D课程理论的理解。通过三维彩色应力云图和Profile应力曲线展示,教学过程更加生动形象,学生不仅较好地理解、掌握各章节概念和理论,而且提高了学习积极性和解决实际工程问题能力。

3D打印弹性蜂窝结构的实验和数值模拟研究

针对交通运输和人体防护对材料轻质及其对能量吸收性能的特殊要求,通过定制化设计多孔材料,对六边形蜂窝结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)的机械性能和能量吸收进行了实验和数值模拟研究。PDMS具有符合3D直书写打印的流体黏弹性,通过对直书写打印速度和气压的优化,成功地打印了具有不同线宽的蜂窝结构。随之对制作的样品进行准静态压缩测试来研究其机械性能和能量吸收情况,结果显示蜂窝结构在平台阶段受到的平均应力随线宽的增大而增大且表现出各向异性,线宽为900μm的蜂窝结构表现出高的能量吸收,最高0.018 J/cm^(3)。对应的有限元计算结果与实验结果相符。

基于FLAC^(3D)的某公路堆积型滑坡治理工程及数值模拟

以某公路滑坡为例,结合其工程地质条件和变形破坏特征,详细分析了其变形破坏原因,提出“抗滑桩+挡墙+削坡减载+锚索+排水沟”的滑坡工程治理措施,结合FLAC^(3D)数值模型,分析不同治理滑坡内部的受力及变形特征,对其治理方案和措施的有效性与适宜性开展全面的研究。研究成果对类似滑坡的工程治理提供一定的参考依据。

利用Flow-3D软件数值模拟堰塞坝溃决过程

利用Autodesk Civil3D软件,根据卫星遥感测绘获取的高程数据,建立唐家山堰塞坝三维数值模型,运用Flow-3D软件,模拟堰塞坝溃决过程,并通过与现场测量的溃口流量过程对比验证模型的合理性。堰塞坝漫顶冲蚀分3个阶段:快速溃口发展阶段、洪峰阶段、溃口发展减缓阶段。在溃决过程中,泄流渠中陡坎处的流速较快,泄流渠两岸冲蚀最深;唐家山堰塞坝溃决过程中,泄流渠有溯源侵蚀现象出现。参数敏感性分析表明:起溃水位对溃决过程影响显著;开挖泄流渠可有效降低堰塞坝溃决时的库水位,从而降低溃口的峰值流量,是控制危害损失的有效方案。

3D打印机熔融沉积成型过程数值模拟和成型精度研究

针对3D打印技术中熔融沉积成型过程的数值模拟和成型精度进行研究。通过建立3D打印机的数学模型,分析了熔融沉积成型过程中影响成型精度的因素,并采用数值模拟方法对成型过程进行了模拟。结果表明,在合理的工艺参数下,熔融沉积成型的成型精度可以得到较好的控制,实现高精度3D打印。本研究可为3D打印技术的工艺优化提供参考。