基于颗粒流法的土性标定及钢波纹管涵洞受力变形特性分析研究

发布时间：2020-05-27 02:16

【摘要】：随着我国西部公路基建的不断完善,涵洞作为公路工程的重要组成部分,其建设需求逐渐增加。在众多不同的涵洞结构形式中,钢波纹管作为一种较特殊的结构由于其自身结构的柔性、环保、质轻、抗变形能力大、集中化生产等优点,目前已被广泛用于我国的公路交通建设中。但是对于钢波纹管涵洞的设计及施工领域来说,我国通常是参照国外的设计规范及经验,缺少相应成熟的设计及施工规范。而且现有对钢波纹管涵洞结构与土的相互作用研究大多以基于连续介质的有限元分析计算为主,忽略了土所固有的特性—离散性。而颗粒流(PFC3D)作为一种专业的岩土体力学分析软件,可以较好地模拟出岩土体的宏观力学特性,但对于岩土工程中连续体结构的受力分析研究还存在较大空白。在上述背景下,本文首先以颗粒流(PFC3D)为开发平台,通过Fish语言编写柔性边界三轴仿真试验程序进行了砂土宏观细观参数标定研究,并从细观力学的角度对砂土剪切破坏过程进行了分析研究。通过与室内试验的对比分析,验证了柔性边界三轴仿真试验模型的可行性与标定参数的合理性,得到了有效模量、刚度比、滚动摩擦系数等细观参数对砂土宏观力学性质的影响规律以及砂土在剪切过程中试样内部接触力链、位移场、细观组构分布等细观力学的演变过程。方便后期对钢波纹管涵洞的填土土性参数进行有效标定。其次通过颗粒流构建杆件、板、圆柱形壳体等连续体结构,在线弹性条件下对其进行了受力变形模拟并将计算结果与ABAQUS模拟结果进行了对比,其中在模拟空间连续体结构受力变形时,采用扩大接触检测距离的方式对其接触模型进行了改进。验证了采用改进后的接触模型模拟连续体钢波纹管结构受力变形的可行性与合理性。最后在土性标定与钢波纹管结构受力变形验证的基础之上对钢波纹管涵洞在不同填土高度下波纹管的受力变形及土压力分布规律进行了探讨。将模拟得到的波纹管受力变形结果与前人研究成果做了对比分析,验证了颗粒流法对于模拟钢波纹管涵洞受力变形的可行性与合理性,同时也扩大了颗粒流法对于研究岩土工程中土体与结构相互作用的应用前景,对后期研究分析岩土工程中其它结构与土相互作用的受力变形规律具有一定的参考价值。
【图文】：

接触间距示意图

ball-ball接触示意图
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U449.83

【参考文献】

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本文编号：2682787