可變形離散元法及其在地下工程中的應(yīng)用.pdf

1、隨著地下空間開發(fā)和地下結(jié)構(gòu)建設(shè)規(guī)模的不斷加大,地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計及其安全性評價的重要性、迫切性愈來愈明顯.本文結(jié)合天津地鐵1號線工程,針對地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)和地鐵車站結(jié)構(gòu)的抗震問題,提出了基于可變形體模型的離散元法和相應(yīng)的人工粘滯邊界以及與無限元耦合的方法.對地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)在人工地震波作用下的動力反應(yīng)進行了分析計算,為地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計及抗震設(shè)防提供依據(jù)；對天津地鐵1號線土城車站結(jié)構(gòu)進行了動力分析計算.得出了地鐵車站框架結(jié)構(gòu)在不同地震

2、波作用下的地震反應(yīng).本文利用可變形體模型的離散元方法,分析了剛性樁復(fù)合地基樁土共同作用的承載機理.本文的主要工作如下: 1.基于變形體動力學(xué)原理,建立了新的可變形塊體單元模型.根據(jù)離散元法原理,采用邊-邊接觸關(guān)系及動態(tài)松弛法,推導(dǎo)出其理論公式并編制了計算程序.通過選取適當(dāng)?shù)挠嬎銋?shù)對典型算例進行分析計算,得到了靜力平面問題的應(yīng)力、位移分布及靜態(tài)解的收斂過程,驗證了計算程序和計算參數(shù)選取的正確性.證明了該方法用于巖土工程靜力計算的

3、可行性. 2.利用可變形體單元模型的離散元法,針對地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的震害特點,求出了地下結(jié)構(gòu)在人工地震波作用下的動力反應(yīng),為地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計及抗震設(shè)防提供依據(jù). 3.推導(dǎo)出無限元相應(yīng)的理論公式并實現(xiàn)在邊界上與離散元的耦合.采用近場土體由離散元模擬,遠場土體由無限元模擬,進行土-地下結(jié)構(gòu)相互作用分析.由靜力問題的收斂性,驗證了計算程序和計算參數(shù)選取的正確性,給出了地下結(jié)構(gòu)在地震波作用下的位移反應(yīng). 4.依據(jù)可變

4、形體模型的離散元方法,對剛性樁復(fù)合地基的豎向承載能力以及樁土共同作用過程中樁、土承擔(dān)荷載比例的變化規(guī)律進行了計算分析,揭示了剛性樁復(fù)合地基樁土共同作用的承載機理. 5.針對天津地鐵1號線土城車站實際工程,使用可變形離散元法對地下結(jié)構(gòu)-土動力相互作用系統(tǒng)進行了分析計算.得出了地鐵車站框架結(jié)構(gòu)在天津波、人工波(中震)及人工波(小震)作用下的地震反應(yīng)(動內(nèi)力、動位移).分析了地震反應(yīng)可能對地鐵車站造成的破壞,對地鐵車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了