基于颗粒流的高填黄土明洞土拱效应分析及其影响因素研究

发布时间：2021-11-08 20:08

　　我国西北地区地处黄土高原。随着地区经济的发展以及国家近年来“一带一路”战略的实施,西北地区交通路网建设不断完善。交通线路穿越这些地区障碍的主要措施是削山填沟,由此高填黄土明洞应用越来越广泛。目前对于高填方黄土明洞的研究较少,基于连续介质理论的分析主要集中在室内缩尺模型试验和有限元软件数值模拟。而实际上黄土是一种具有散粒体性质的非连续介质材料,利用连续介质理论的有限元软件对此进行研究与实际不符。为此,本文通过颗粒流软件进行数值模拟,分析得到相关结论如下:（1）利用双轴试验进行参数标定,通过建立颗粒集合体模型,不断调整颗粒间的接触参数,使其和宏观物理参数具有相同或相近的力学响应,以此来标定颗粒间的微观参数,得到适用于高填黄土明洞颗粒流模型的参数。（2）通过无边坡高填黄土明洞颗粒流数值模型,分析得到明洞上方土压力和颗粒竖向位移变化规律,探讨了黄土粒径大小、填土压实度以及明洞截面形状对高填黄土明洞洞顶土压力和黄土颗粒竖向位移的影响。研究结果表明,对于无边坡高填黄土明洞,明洞洞顶不会出现土拱效应,且洞顶土压力模拟值大于理论计算值;相对于黄土粒径大小与填土压实度而言,明洞截面形状对明洞洞顶土压力影... 

【文章来源】：兰州交通大学甘肃省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

实体接触示意（a）颗粒-颗粒（b）颗粒-墙

粘结模型是对法向力和剪切力合力最大值的规定。在颗粒流模型中，默认情况下颗粒之间是没有粘结的，如有需要可以在颗粒与颗粒间建立粘结模型。粘结模型主要有接触粘结模型和平行接触粘结模型。接触模型示意如图2.3。（a）接触粘结 （b）平行粘结图2.3粘结模型图2.3（a）中为接触粘结模型，该模型类似于在小范围内施加粘结的点接触，只能传递力，不能传递弯矩；图2.3（b）中为平行粘结模型，该模型是在颗粒间一定截面形状和尺寸范围内施加粘结，不仅能够传递力还能够传递弯矩。在一个模型中这两种粘结类型允许同时存在，但粘结模型只允许在颗粒间存在，颗粒与墙体间不能施加粘结，也不允许存在粘结。（a）接触粘结模型接触粘结模型类似于在颗粒间接触点处沿法向和切向方向分别设置一对具有给定刚度的弹簧实现，弹簧能够承受相应的拉应力和剪应力，在接触粘结未发生破坏时，颗粒间不会发生相对滑动。接触粘结模型包括法向粘结强度和切向粘结强度两个参数。当颗粒间重叠0nU <时，表征颗粒间脱离接触，此时接触粘结处出现张力，当法向

接触张力超过接触粘结法向强度时，粘结失效，并将法向接触力和切向接触力归零；当切向接触力大于或等于切向接触粘结强度时，粘结同样失效，但在切向力达到摩擦极限前，接触力保持不变。接触粘结本构关系如图2.4所示。（a）法向接触力分量 （b）切向接触力分量图2.4接触粘结接触位置本构关系示意（b）平行粘结模型平行粘结模型用于描述颗粒间有限尺寸内有夹层材料或胶结材料的材料本构特性，材料的截面可以为圆形或矩形。平行粘结可以想象为一组有恒定法向刚度与切向刚度的弹簧均匀分布于接触平面内。颗粒间接触位置的相对运动在胶结材料中产生力和弯矩。力和弯矩作用于两个粘结颗粒，并且与材料粘结边界上的最大法向和切向应力相关。如果当中任何一个方向上最大应力超过相应的粘结强度，平行粘结就发生破坏。平行粘结模型主要包括五个特征参数：法向和切向刚度、法向和切向强度、粘结半径。它反映了接触颗粒在有限区域内有填充胶合材料的本构特性，可与前面所述的滑动模型或接触粘结模型同时存在。平行粘结模型示意见图2.5所示。


本文编号：3484114