落石沖擊下拱形明洞落石沖擊荷載及荷載效應(yīng)研究.pdf

1、落石沖擊下拱形明洞結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)，與結(jié)構(gòu)特征、落石條件及回填方式等眾多因素有關(guān)，受力機(jī)理復(fù)雜，只有將拱形明洞在落石沖擊下的結(jié)構(gòu)受力機(jī)理研究清楚了，才能使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全和經(jīng)濟(jì)，才可能使定性的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)過渡到科學(xué)的可靠性設(shè)計(jì)上來。本文以我國新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路雙線路塹式拱形明洞結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，采用離散元和有限元相結(jié)合的方法對(duì)落石沖擊拱形明洞結(jié)構(gòu)沖擊力大小影響因素、沖擊荷載及荷載效應(yīng)開展研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴離散元

2、顆粒流數(shù)值計(jì)算模型的建立。采用離散元顆粒流PFC3D軟件，通過三軸試驗(yàn)校準(zhǔn)得到與材料宏觀物理力學(xué)性質(zhì)一致的細(xì)觀參數(shù)，建立了不同坡度、落石下落高度、回填土厚度、落石重量和坡面性質(zhì)條件下防落石拱形明洞結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算模型。⑵運(yùn)用正交設(shè)計(jì)理論，選擇正交表為L25(56)的正交試驗(yàn)方案，考察坡度、落石下落高度、回填土厚度、落石重量和坡面性質(zhì)這五個(gè)因素對(duì)落石沖擊拱形隧道明洞結(jié)構(gòu)的影響，以結(jié)構(gòu)拱頂受到的沖擊峰值力作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用極差分析和方差分析進(jìn)行

3、了影響因素顯著水平檢驗(yàn)。研究結(jié)果表明，回填土厚度對(duì)落石沖擊拱形隧道明洞結(jié)構(gòu)的沖擊力影響最顯著。⑶采用ANSYS/LS-DYNA動(dòng)力有限元仿真軟件，對(duì)落石沖擊下拱形明洞結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行研究。首先，從落石與回填土之間的相互作用入手，比較了落石對(duì)回填土表面的沖擊力、由回填土傳遞到結(jié)構(gòu)表面的沖擊土壓力（合力）以及拱頂表面受到的沖擊壓應(yīng)力及其對(duì)應(yīng)最大峰值之間的關(guān)系，提出應(yīng)采用拱項(xiàng)表面受到的沖擊壓應(yīng)力作為落石沖擊荷載;其次，對(duì)落石沖擊荷載效應(yīng)如結(jié)構(gòu)