基于离散单元法的高填黄土减载明洞土拱效应细观数值模拟研究

发布时间：2021-04-26 18:14

　　近年来,高填方明洞在公路和铁路工程中的应用非常广泛。然而,明洞与填土之间的刚度差异会引起洞顶土压力集中,从而使洞顶发生纵向开裂,进而导致工程事故的发生。为此,学者们对高填明洞的卸载措施及其卸荷机理进行了相关研究,并得出土拱效应是减载明洞中主要的荷载传递机制。但是,以往的研究均基于连续性假设,忽略了土体的离散特性。因此,本文在前人的研究基础上,利用基于离散单元法的颗粒流程序建立数值仿真模型,从散粒体和细观角度对减载明洞上方的土拱效应进行深入分析和研究,以期从本质上掌握减载措施对土压力的减荷机理。主要研究内容如下:（1）针对黄土、EPS板和土工格栅三种试验材料,分别建立数值双轴试验、单轴侧限压缩试验和拉伸试验。通过对比数值和室内试验所得材料的宏观力学性能（应力应变曲线、弹性模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角）,确定了各材料在颗粒流程序中所需的细观参数,为高填黄土（减载）明洞颗粒流数值模拟试验参数取值提供依据。（2）基于课题组前期所做室内模型试验,建立高填黄土明洞颗粒流数值分析模型。通过分析相关宏观指标（土压力、填土位移）和细观指标（接触力链、孔隙率和配位数）的变化规律,对土拱效应的一般变化规律... 

【文章来源】：兰州交通大学甘肃省

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 填方结构物土压力卸载研究现状
        1.2.2 离散单元法研究现状
    1.3 主要研究内容、方法及技术路线
        1.3.1 主要研究内容和方法
        1.3.2 技术路线
2 颗粒流理论及材料细观参数确定
    2.1 颗粒流软件及基本理论
        2.1.1 颗粒流软件
        2.1.2 基本假定及相关概念
        2.1.3 计算及伺服控制原理
    2.2 颗粒流的接触本构关系
        2.2.1 线性接触模型
        2.2.2 线性接触粘结模型
        2.2.3 线性平行粘结模型
    2.3 材料细观参数标定
        2.3.1 黄土材料细观参数标定
        2.3.2 EPS板材料细观参数标定
        2.3.3 土工格栅材料细观参数标定
    2.4 本章小结
3 高填黄土明洞土拱效应细观分析
    3.1 颗粒流模型的建立
        3.1.1 数值模拟试验方案
        3.1.2 建模方法
        3.1.3 模型建立及测点布置
        3.1.4 模型验证
    3.2 土拱效应一般规律分析
        3.2.1 应力、位移变化规律
        3.2.2 细观组构变化规律
    3.3 土拱效应影响因素分析
        3.3.1 边坡坡角对土拱效应的影响
        3.3.2 槽宽比对土拱效应的影响
    3.4 本章小结
4 高填黄土减载明洞土拱效应及影响因素细观分析
    4.1 颗粒流模型的建立
        4.1.1 数值模拟基本试验方案
        4.1.2 模型建立及测点布置
    4.2 土拱效应一般规律分析
        4.2.1 应力变化规律
        4.2.2 位移变化规律
        4.2.3 细观组构变化规律
    4.3 土拱效应影响因素分析
        4.3.1 EPS板特性对土拱效应的影响
        4.3.2 土工格栅特性对土拱效应的影响
    4.4 高填黄土减载明洞体系优化
        4.4.1 应力变化规律
        4.4.2 位移变化规律
        4.4.3 细观组构变化规律
    4.5 本章小结
5 结论及展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]沟槽式深覆土减载明洞衬砌结构受力特性及截面设计研究[J]. 卓彬,李盛,何川,王焕,王起才,马莉.  现代隧道技术. 2019(03)
[2]高填方黄土明洞顶EPS板和土工格栅共同减载计算及土拱效应分析[J]. 李盛,卓彬,王起才,马莉,宁贵霞,贾涛.  中国铁道科学. 2018(01)
[3]隧道渗流侵蚀的颗粒流模拟[J]. 张冬梅,高程鹏,尹振宇,王如路,杨天亮.  岩土力学. 2017(S1)
[4]高填明洞土压力计算方法及其影响因素研究[J]. 李盛,马莉,王起才,李建新,李伟龙,张延杰.  中国铁道科学. 2016(05)
[5]EPS板卸载的高填黄土明洞模型试验和数值模拟分析[J]. 李盛,李善珍,王起才,马莉,王庆石,徐文启.  岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[6]浅埋黄土隧道不同施工与加固方法的颗粒流数值模拟[J]. 刘洋,胡杰,吴可嘉.  应用基础与工程科学学报. 2016(01)
[7]沟槽式高填黄土明洞卸载模型试验研究[J]. 马莉,李盛,王起才,耿少波,张延杰,李建新.  岩石力学与工程学报. 2016(05)
[8]考虑二期荷载的高填明洞加筋减载土压力计算[J]. 李盛,马莉,王起才,李建新,李善珍,张延杰.  岩土力学. 2015(11)
[9]高填黄土明洞卸载结构土压力模型试验和数值模拟分析[J]. 李盛,马莉,王起才,李善珍,李建新,张延杰.  岩土工程学报. 2016(04)
[10]沟埋涵洞土拱效应及涵顶垂直土压力研究[J]. 周兴涛,陈保国,简文星,韩金良.  地下空间与工程学报. 2015(04)

博士论文
[1]高填黄土明洞卸载结构的垂直土压力特性和计算方法研究[D]. 李盛.兰州交通大学 2015
[2]山区公路高填方涵洞土压力理论及加筋减载研究[D]. 杨锡武.重庆大学 2004

硕士论文
[1]高填方涵洞减载措施及优化设计研究[D]. 樊莉莉.吉林大学 2014
[2]黄土高填方明洞土压力减载及力学特性研究[D]. 赵鹏.兰州交通大学 2014
[3]超高填方涵洞地基处理及加筋减载研究[D]. 董佳竹.华中科技大学 2012



本文编号：3161880