基于围岩棘轮特性的重载铁道隧道基底脱空分析

发布时间：2017-05-12 04:09

  本文关键词：基于围岩棘轮特性的重载铁道隧道基底脱空分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济建设的不断加快,货运物流运量将成为一个关系经济命脉的问题；同时,经济的发展刺激了对能源的需求,煤电占我国电力能源结构相当大的比重,这就使得电煤的运送量不断增加。物资能源需求的不断增长,使得重载铁路大运量优势得以凸显。然而由于设计规范的落后,对重载铁路隧道设计还依赖于工程类比的方法,对于隧道基底脱空病害的出现原因还无法给出解释。本文依托四川省科技支撑计划资助项目,综合运用理论分析和数值模拟的方法,引入材料的棘轮效应这一客观现象,利用其理论成果,对隧道基底围岩脱空现象的出现进行了模拟研究。主要的研究内容和成果如下：(1)对比分析了常见的土壤本构模型,以合理且实用为原则选取了岩土材料的本构模型。(2)对比了现有的材料棘轮行为理论,以D-P准则、Ohno-Abdel-Karim随动硬化准则及非关联流动法则为框架,建立了描述岩土材料的棘轮效应本构。(3)基于ANSYS,以Fortran为编译语言,利用UPFs开发了包含岩土棘轮行为的用户材料子程序usermat。为在程序中实现材料的本构模型,推导了合适的应力更新流程和一致性矩阵。经检验,该程序能够合理地描述岩土材料的应力-应变行为,并表现出合理的棘轮现象。(4)利用usermat,研究了重载列车荷载作用时的某单线隧道基底脱空现象,得出隧道基底脱空的现象,并总结了其发展规律。
【关键词】：重载铁路隧道 本构模型 棘轮效应 二次开发 基底脱空
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U457.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 问题的提出10-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 铁路隧道基底病害研究12-13
• 1.2.2 土壤的循环加载研究13-14
• 1.2.3 金属的棘轮效应研究现状14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 棘轮行为的原理和岩土中的应用16-28
• 2.1 问题的提出16
• 2.2 材料的棘轮行为力学原理16-25
• 2.2.1 经典塑性本构理论的主控方程16-20
• 2.2.2 材料的棘轮行为原理20-23
• 2.2.3 岩土常用的屈服模型23-25
• 2.3 本构方程的构建25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 ANSYS中岩土棘轮效应的有限元实现28-40
• 3.1 问题的提出28
• 3.2 ANSYS中的二次开发环境28-31
• 3.2.1 ANSYS开发平台简介28
• 3.2.2 工作平台28-30
• 3.2.3 环境变量设置30
• 3.2.4 接口参数30-31
• 3.3 岩土材料循环塑性本构有限元实现31-39
• 3.3.1 应力更新32-38
• 3.3.2 一致性切线刚度矩阵38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 重载铁路隧道基底脱空数值模拟40-57
• 4.1 问题的提出40
• 4.2 本构物理参数40-45
• 4.2.1 压缩试验40-42
• 4.2.2 计算参数的确定42-44
• 4.2.3 本构功能验证及算例44-45
• 4.3 荷载谱45-48
• 4.3.1 列车荷载模式的确立45-48
• 4.3.2 列车荷载的确定48
• 4.4 重载铁路隧道基底脱空现象模拟48-56
• 4.4.1 计算模型48-50
• 4.4.2 接触单元的设置50-51
• 4.4.3 重载铁路循环荷载作用下围岩的应力分析51-55
• 4.4.4 重载列车循环荷载作用下围岩的脱空分析55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 结论及展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-63
• 附录-符号说明63-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果64

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