基于离散元法的隧道开挖过程动力学分析

基于离散元软件PFC3D建立了土壤盾构离散元三维模型,研究隧道埋深以及振动激励对推进力和扭矩的影响。对土壤模型施加初始应力以模拟隧道埋深,同时对刀盘的推进方向和旋转方向分别施加主动余弦激振,分析了掘进过程中刀盘在振动激励下的运动方程和受力机理,记录了掘进过程中刀盘推进力及扭矩。结果表明:随隧道埋深增加,刀盘所需推进力以及扭矩会相应增加,其中700 m埋深与300 m埋深相比,推进力相比增加了22.7%,扭矩增加了12.6%;隧道埋深一定的情况下,对刀盘的推进方向和旋转方向分别施加振动后,刀盘的推进力和扭矩与匀速掘削相比均有所减少,其中对旋转方向施加频率为15 Hz振幅为6.36e-3 rad的振动后,推进力减小了2.08%,扭矩减小了1.2%;对推进方向施加频率为15 Hz振幅为0.318 mm的振动后,推进力减小了1.67%,扭矩减小了3.28%;而且改变振幅后,刀盘受力呈现一定的变化规律,随着推进方向振幅的增加,扭矩呈明显的减小趋势;随着旋转方向的振幅增加,推进力呈减小趋势。隧道的埋深对开挖的推进力和扭矩影响比较大,而对刀盘施加振动可以在一定程度上减小推进力和扭矩。

离散元法的沥青路面车-路动力学响应分析

为了分析车辆荷载作用下沥青路面结构的细观状态力学响应,建立了二自由度1/4车辆模型与多层路基路面耦合离散元模型,通过各结构层单轴压缩应力-应变试验与相同工况试验数据比较,经迭代运算得到路面离散元模型各结构层细观参数,应用试验得到的沥青路面细观参数建立多层路基路面模型,在离散元模型的上表面设定一定不平度,在一定速度作用下,1/4车辆模型在路基路面离散元模型上表面匀速移动,从而求解车辆动荷载作用下沥青路面各结构位移、应力等细观受力状态.进而改变1/4车辆模型的车体悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度,轮胎阻尼系数,从而获得在改变车辆参数作用下沥青路面内部的应力变化规律.研究结果表明:基于离散元理论不但可以求得沥青路面在车-路相互作用下各层的应力与变形,而且还可以求得沥青路面各结构层颗粒流的变化趋势,在车辆移动荷载作用下,随着路基路面深度增加,各结构层颗粒流竖直方向动态位移与应力响应依次减少,其中上基层颗粒流动位移比上面层颗粒流动位移减少25%,下面层颗粒流竖向应力约为上面层颗粒流竖向应力的50%,水平方向上颗粒流既有压应力又有拉应力,变化比较复杂,上面层颗粒流水平方向主要承受压应力,其余结构层主要承受拉应力;增加轮胎与悬架刚度系数对模型颗粒流水平方向拉应力影响较大,增加轮胎与悬架阻尼系数对垂直方向颗粒流压应力与水平方向拉应力影响较小.