落石冲击荷载作用下EPE垫层棚洞缓冲作用研究

针对目前棚洞结构传统砂垫层自重大、建设成本高等缺点的现状,提出使用EPE(聚乙烯)缓冲材料替换一部分砂土垫层以达到减轻结构自重、提高抗落石冲击性能的目的。采用显式动力计算,基于LS-DYNA动力有限元软件建立数值计算模型,模拟了落石冲击EPE垫层棚洞结构的全过程,以棚洞结构底部钢筋动态应变时程曲线、棚洞T型梁跨中挠度变形等为依据,判断结构的极限承载力,并与传统砂垫层进行了对比,从而揭示了EPE垫层在棚洞结构设计中的耗能减震作用。结果表明:EPE缓冲材料的缓冲性能与抗冲击性能较好,能广泛应用于实际工程;其最优填充厚度为0.6 m,结构承载力是传统砂垫层棚洞结构的1.75倍。

滚石防护棚洞EPS垫层结构缓冲作用研究

工程实践表明聚氨酯泡沫(EPS)垫层结构对滚石防护棚洞有较好的缓冲作用,但其作用机理,缓冲效果定量评价还有待深度研究。为此,对滚石冲击荷载下铺设土垫层及EPS垫层结构棚洞板的动力响应进行了对比研究。首先通过静力压痕数值试验获取不同垫层结构与滚石在加卸载条件下的接触力—压痕关系,并将其引入棚洞板的冲击动力控制方程,进而计算滚石冲击荷载下不同垫层结构棚洞板的动力响应,并与动力有限元进行了对比分析,结果表明:理论解与动力有限元结果非常接近,理论方法可用于棚洞动力响应分析;EPS垫层结构缓冲效果显著,可大幅度降低滚石冲击力,且EPS材料密度越小、厚度越大耗能效果越明显。

冲击荷载下EPS垫层棚洞耗能减震作用研究

通过在棚洞顶部铺设砂垫层能够达到一定的缓冲吸能目的,然而工程实践表明:砂垫层材料缓冲效果有限,且自重荷载较大,建设成本偏高,不利于大面积推广应用。为此,在传统棚洞砂垫层的基础上提出一种结合聚苯乙烯泡沫层(EPS)的复合垫层结构,依托丽江至攀枝花高速公路宝鼎棚洞工程,采用动力有限元方法对运煤缆车冲击棚洞过程动力响应进行研究,与传统砂垫层进行比较,从而揭示EPS垫层在棚洞结构设计中的耗能减震作用。结果表明:与传统垫层结构相比,结合EPS垫层的棚洞结构能够在一定程度上降低棚洞结构自重、冲击力、以及棚洞混凝土板的位移、应力响应,具有较高的工程应用价值。

设置EPS柔性垫层的刚性挡土墙土压力研究

建立有限差分数值模型对设置EPS(发泡聚苯乙烯)柔性垫层的刚性挡土墙的土压力进行研究,分别对挡土墙后填土的静止、主动及被动三种位移状态进行了研究,并对不同挡土墙位移时EPS垫层减小土压力的效果进行了分析。研究结果表明:EPS对主动状态所需要的位移影响较小。静止–主动状态时,EPS减小土压力的效果随着位移的增大而减弱;静止–被动状态时,EPS减小土压力的效果随着位移的增大先增强后减弱。

不同填土宽度下设置EPS垫层挡土墙试验研究

在刚性挡土墙后设置柔性垫层能增大填土的实际侧向位移从而有效减小墙背土压力。通过自制模型箱开展室内试验,模拟了墙后设置EPS(聚苯乙烯土工泡沫)垫层的挡土墙在静止状态和平动模式下的工况,探究了不同填土宽度下设置EPS垫层后挡土墙静止土压力、主动土压力的分布规律,研究EPS垫层参数对其减压性能的影响,定义EPS垫层减压效率对挡土墙后EPS垫层的减压性能进行定量分析。研究结果表明:有限填土工况下,EPS垫层最大减压效率与主动土压力等效减压效率值存在一定的差距,但此时EPS垫层参数对减压效率影响较小;随着填土宽度逐渐增大至半无限土体范围,EPS垫层的最大减压效率逐渐增大,而后稳定于主动土压力等效减压效率。

基于LS-DYNA的EPS垫层棚洞耗能减震分析

以某在建项目为背景,基于LS-DYNA建立了数值计算模型,模拟了落石冲击棚洞结构的全过程,揭示了EPS缓冲材料缓冲耗能作用,结果表明:EPS垫层棚洞较传统砂垫层棚洞抗落石冲击性能有一定提高,能广泛应用于实际工程中。

超前支护桩桩后EPS垫层优化设置的数值模拟

出于减小高切坡超前支护桩桩身荷载、优化超前支护桩设计的目的,提出在超前支护桩后设置聚苯乙烯泡沫(EPS)垫层。运用数值模拟方法,进行了超前支护桩后设置不同厚度、不同类型的EPS垫层情形下的敏感性分析。结果表明:设置EPS垫层后,桩身所受土压力、最大弯矩、最大剪力及桩顶位移均显著减小,在0～0.8 m垫层厚度范围内,随着垫层厚度的增加减小幅度越大,其中桩身土压力减小幅度达20%～45%;对于不同类型的EPS材料而言,桩身荷载效应具有随着EPS材料密度的减小而减小的规律。

含柔性垫层的刚性挡土墙土压力计算方法

在刚性挡土墙与填土之间设置柔性垫层能减小作用于挡土墙的土压力,但目前仍缺乏针对设置聚苯乙烯土工泡沫(EPS)柔性垫层的刚性挡土墙土压力计算方法。将EPS柔性垫层的压缩量视为墙后填土的位移量,考虑挡土墙后土拱效应,基于挡土墙土压力-位移的关系曲线,引入迭代法进行收敛计算,得到设置EPS柔性垫层的刚性挡土墙土压力计算方法。该计算方法的优势是可在EPS柔性垫层压缩量未知的情况下求解土压力,即可应用工程设计阶段。建立FLAC3D有限差分数值模型,对推导的理论解进行验证,并对EPS柔性垫层减载效果进行分析。结果表明:基于土压力-位移关系曲线并采用迭代法得出的墙后设置EPS柔性垫层的刚性挡土墙土压力理论解具有较好的合理性。在EPS柔性垫层弹性模量不变的情况下,EPS柔性垫层减小土压力的效果随着EPS柔性垫层厚度的增加而增强;在EPS柔性垫层厚度一定的情况下,随着EPS柔性垫层弹性模量的增加,其减小土压力的效果逐渐减弱。

降雨入渗-膨胀土-刚柔复合挡墙数值模拟

为研究不同降雨条件下膨胀土地区墙背侧向压力的变化情况,以及EPS垫层模量对刚柔复合挡墙应力应变的影响,采用GeoStudio及FLAC3D软件,通过多场耦合的膨胀本构模型,对降雨条件下膨胀土堑坡刚柔复合挡墙结构进行了数值模拟。研究结果表明:①随着降雨的入渗,墙背侧向压力显著增大;在停雨期,更深处土层的墙背侧向压力更大,而面层的则呈减小趋势。②与刚性挡墙相比,刚柔复合挡墙的墙背侧向土压力和挡墙的水平位移明显减小,且随着EPS垫层模量的减小,其压缩量增大,EPS垫层的减压效果显著提升。③要根据实际工程对EPS垫层模量进行合理取值。

高填方膨胀土作用下刚柔复合桩基挡墙结构数值模拟

针对高填方膨胀土路基边坡的治理问题,提出了在膨胀土和挡墙之间设置EPS(聚苯乙烯泡沫)柔性垫层的刚柔复合桩基挡墙结构。采用FLAC^(3D)建立了刚柔复合桩基挡墙结构支护的高填方膨胀土路基数值模型,并基于热-力耦合模型实现了湿度变化后的高填方膨胀土变形模拟,进而对比分析了5种不同工况下刚柔复合桩基挡墙结构的受力变形特性及路面变形,并着重探讨了EPS垫层厚度和刚度对刚柔复合桩基挡墙结构墙背土压力和水平位移的影响。研究结果表明:刚柔复合桩基挡墙结构的墙背土压力、抗滑桩桩身弯矩和剪力、挡土墙和抗滑桩水平位移均明显减小,但路面沉降和水平位移有所增大;EPS垫层弹性模量越小或厚度越大,则EPS垫层压缩量越大,允许膨胀土发生的侧向变形也越大,刚柔复合桩基挡墙结构的受力和变形则越小;柔性EPS垫层减压作用的充分发挥,必须同时满足厚度和弹性模量2个方面的条件,单一采用垫层刚度指标不足以反映EPS垫层的影响。

EPS垫层对落石区油气管道的防护效果

为了指导落石区油气管道EPS垫层的设置,对浅埋以及考虑崩塌落石冲击作用下油气管道的减荷、耗能缓冲问题进行研究,通过有限元动力学软件ANSYS/LS-DYNA模拟不同厚度和初始密度状态下聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)垫层的耗能隔振效果,在落石冲击荷载作用下,EPS垫层对冲击能量的耗能隔振效应显著。通过对比未设置EPS垫层和设置EPS垫层管道的有效应力时程曲线发现,在相同条件下设置EPS垫层的耗能隔振效果是未设置EPS垫层的5~7倍。通过进一步研究EPS垫层得到以下结论:①采用较低密度的EPS垫层可以有效减小埋地管道的峰值有效应力,在实际工程中选用低密度的EPS垫层是较优选择;②EPS垫层的厚度与其耗能隔振效应并不成简单的正比关系,随着厚度的增加,埋地管道峰值有效应力呈现出先减小后增大的规律;③埋地管道上覆EPS垫层厚度应该根据管道的实际覆土深度以及柔性填料的模量确定。

公路桥头路基EPS垫层的隔振分析

公路桥头路基跳车现象是道路中普遍存在的问题 ,目前国内外尚没有非常有效的处理措施 ,虽有大量的相关研究 ,但分析与研究内容多局限于减小地基的附加应力以达到控制沉降差的目的。试图从动力学角度出发 ,对柔性路面路基的桥头路基跳车进行动力分析 ,并针对当前施工中的新技术 -采取聚苯乙烯泡沫塑料工法 (EPS)的隔振性能进行了有限元分析 。

基于ABAQUS软件的矩形渠道冻胀数值模拟

新疆阜康地区在冬季土体冻融环境影响下,渠道衬砌易开裂、坍塌,研究冬季渠道衬砌的冻胀破坏机理十分必要。采用高分子合成材料EPS(发泡聚苯乙烯)颗粒轻质土垫层作为渠道的保温措施,分析不同掺量EPS颗粒轻质土垫层情况下土体的温度场及位移场。