【摘要】：隨著我國西部公路基建的不斷完善,涵洞作為公路工程的重要組成部分,其建設(shè)需求逐漸增加。在眾多不同的涵洞結(jié)構(gòu)形式中,鋼波紋管作為一種較特殊的結(jié)構(gòu)由于其自身結(jié)構(gòu)的柔性、環(huán)保、質(zhì)輕、抗變形能力大、集中化生產(chǎn)等優(yōu)點,目前已被廣泛用于我國的公路交通建設(shè)中。但是對于鋼波紋管涵洞的設(shè)計及施工領(lǐng)域來說,我國通常是參照國外的設(shè)計規(guī)范及經(jīng)驗,缺少相應(yīng)成熟的設(shè)計及施工規(guī)范。而且現(xiàn)有對鋼波紋管涵洞結(jié)構(gòu)與土的相互作用研究大多以基于連續(xù)介質(zhì)的有限元分析計算為主,忽略了土所固有的特性—離散性。而顆粒流(PFC3D)作為一種專業(yè)的巖土體力學(xué)分析軟件,可以較好地模擬出巖土體的宏觀力學(xué)特性,但對于巖土工程中連續(xù)體結(jié)構(gòu)的受力分析研究還存在較大空白。在上述背景下,本文首先以顆粒流(PFC3D)為開發(fā)平臺,通過Fish語言編寫柔性邊界三軸仿真試驗程序進(jìn)行了砂土宏觀細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定研究,并從細(xì)觀力學(xué)的角度對砂土剪切破壞過程進(jìn)行了分析研究。通過與室內(nèi)試驗的對比分析,驗證了柔性邊界三軸仿真試驗?zāi)Ｐ偷目尚行耘c標(biāo)定參數(shù)的合理性,得到了有效模量、剛度比、滾動摩擦系數(shù)等細(xì)觀參數(shù)對砂土宏觀力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律以及砂土在剪切過程中試樣內(nèi)部接觸力鏈、位移場、細(xì)觀組構(gòu)分布等細(xì)觀力學(xué)的演變過程。方便后期對鋼波紋管涵洞的填土土性參數(shù)進(jìn)行有效標(biāo)定。其次通過顆粒流構(gòu)建桿件、板、圓柱形殼體等連續(xù)體結(jié)構(gòu),在線彈性條件下對其進(jìn)行了受力變形模擬并將計算結(jié)果與ABAQUS模擬結(jié)果進(jìn)行了對比,其中在模擬空間連續(xù)體結(jié)構(gòu)受力變形時,采用擴(kuò)大接觸檢測距離的方式對其接觸模型進(jìn)行了改進(jìn)。驗證了采用改進(jìn)后的接觸模型模擬連續(xù)體鋼波紋管結(jié)構(gòu)受力變形的可行性與合理性。最后在土性標(biāo)定與鋼波紋管結(jié)構(gòu)受力變形驗證的基礎(chǔ)之上對鋼波紋管涵洞在不同填土高度下波紋管的受力變形及土壓力分布規(guī)律進(jìn)行了探討。將模擬得到的波紋管受力變形結(jié)果與前人研究成果做了對比分析,驗證了顆粒流法對于模擬鋼波紋管涵洞受力變形的可行性與合理性,同時也擴(kuò)大了顆粒流法對于研究巖土工程中土體與結(jié)構(gòu)相互作用的應(yīng)用前景,對后期研究分析巖土工程中其它結(jié)構(gòu)與土相互作用的受力變形規(guī)律具有一定的參考價值。
【圖文】：

接觸間距示意圖

ball-ball接觸示意圖
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U449.83

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本文編號：2682787