基于颗粒流程序的ATB-30下面层细观响应

采用颗粒流程序建立了ATB-30下面层细观模型,模拟了施工时车辆荷载作用下ATB-30下面层的受力特性,追踪了标准轴载作用下ATB-30颗粒间接触力的演化及不同位置处颗粒的位移,比较了ATB-30与AC-20颗粒间接触力细观响应的差异.结果表明:颗粒间接触力的大小、延伸方向各异,较大的接触力出现在大颗粒间,施加荷载前颗粒间最大接触力为7.051×104N;荷载作用后最大接触力为1.393×105N,与未施加荷载相比增加约1.98倍,在轮胎下方接触力分布较密集,接触力较大;沿竖直方向颗粒位移逐渐减小,且轮隙处颗粒位移小于轮胎正下方颗粒,左右轮下方颗粒产生的位移最大差异出现在深度为0.04 cm处,两者相差0.28 mm.     

设置OLSM-25防裂层的沥青路面细观结构数值分析

为了解决刚性基层沥青路面存在的沥青面层反射裂缝问题,提出了采用开级配大粒径沥青碎石混合料(OLSM)作为裂缝缓解层的方法,以国内外OLSM参考级配为基础,结合试验段修筑情况,采用离散元方法,运用二维颗粒流程序,建立设置OLSM-25裂缝缓解层的沥青路面离散元模型,对其细观结构与抗裂性能进行离散元数值分析,从细观角度阐释了OLSM-25裂缝缓解层的抗裂机理。研究结果表明:在车辆荷载偏载作用下,当裂缝缓解层厚度相同时,OLSM-25裂缝缓解层底部A点颗粒的竖向接触力、竖向运动速度及竖向位移量均小于普通AC-25裂缝缓解层的对应值,OLSM-25裂缝缓解层的抗裂效果优于普通AC-25裂缝缓解层;在实际工程应用中,综合考虑应力缓解效果及变形能力两大因素,选择材料组成相对偏粗、空隙率适中的2#级配OLSM-25作为裂缝缓解层较为合适。     

水平—竖向耦合荷载下单桩承载性状数值分析

为了研究单桩基础在水平—竖向耦合荷载下的承载性状,以工程实例为基础,通过数值计算的手段建立了均质海相软黏土层中单桩受耦合荷载的计算模型,研究均质土层中竖向与水平耦合荷载作用下单桩的承载力、变形特点。结果表明：当施加的水平力未超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力无影响;当施加的水平力超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力有着不利的影响;水平力的施加延缓了竖向抗拔承载力破坏点的出现,且随着施加的水平力的增大,抗拔极限破坏点出现得越晚,水平力的施加提高了单桩抗拔承载力;预先施加竖向力会减小水平力产生的桩顶水平位移,提高单桩水平承载力;且存在一个最优的竖向荷载,使得桩顶水平位移最小,桩身弯矩最小。     

设置过渡层的半刚性基层沥青路面的合理结构

针对半刚性基层在沥青路面使用过程引起的裂缝破坏,使其在高等级公路中的适用性受到质疑的问题,通过设置级配碎石和沥青碎石过渡层使半刚性基层的层位实现向下放置,实现了改善半刚性基层受力和减少裂缝的目的。采用ANSYS计算设置不同厚度的级配碎石和沥青碎石过渡层,分析路面结构在荷载作用下基层厚度变化时轮隙中心的受力情况,以考察适宜的半刚性基层层位和厚度。力学分析结果表明：采用厚度为12～15cm的级配碎石层和厚度为25～35cm的半刚性基层、或设置厚度为10～15cm的沥青碎石层和厚度为20～30cm的半刚性基层这两种结构,完全可以满足控制路面结构开裂的指标要求;能减少路面结构出现裂缝,延长沥青路面的结构寿命。     

低水泥剂量稳定级配碎石基层典型结构分析

目的找寻适应不同交通等级的合理的低水泥剂量基层沥青路面结构.方法拟定低水泥剂量级配碎石基层沥青路面结构,利用有限元软件计算以低水泥剂量稳定级配碎石取代半刚性基层后对弯沉、沥青层底拉应力等设计指标的影响,并结合交通荷载分析各结构层厚度组合合理性.结果轻交通等级下,推荐使用5 cm普通沥青混凝土面层+22 cm水泥质量分数为3%的低水泥剂量稳定级配碎石单基层;中交通等级下,推荐采用上基层厚度大于15 cm的水泥质量分数为2.5%的低水泥剂量稳定级配碎石,半刚性下基层厚度至少为20 cm结构组合形式;重交通等级下,推荐采用15 cm水泥质量分数为2.5%的低水泥剂量稳定级配碎石上基层和15 cm+20 cm半刚性双基层结构组合.结论在重、中交通荷载作用下,合理的低水泥剂量级配碎石基层能够在防治反射裂缝同时,较好地满足交通荷载需求.     

基于颗粒离散元法岩石压缩过程破裂机制宏细观研究

为了研究岩石在压缩荷载作用下的破裂机制,基于颗粒离散元法,对岩石压缩荷载作用下内部颗粒组分的宏细观力学响应进行研究,得到岩石压缩破坏过程中颗粒旋转弧度、颗粒间接触力、颗粒竖向位移以及细观裂纹的演化过程。研究结果表明:岩石宏观破裂过程是在外部荷载作用下,内部组分之间相互作用导致的岩石试件由静态到动态、由局部到整体、由细观到宏观的不断演化的过程,并最终形成宏观上的破裂带。研究结果从细观层面揭示岩石的破裂机制,对岩体工程稳定性的评价、地质灾害发生的预测等具有参考价值。     

砂土场地中组合荷载下单桩竖向承载特性研究

考虑砂土场地中单桩承受水平和弯矩荷载的共同影响,完成了五组共十根单桩的室内模型试验,分析了在组合荷载作用下砂土中单桩的竖向承载特性.研究表明:在不考虑竖向荷载作用的情况下,随着水平荷载作用点高度的增加,由于出现了弯矩荷载,单桩的水平极限承载力降低,但降低幅度逐渐减小;水平或弯矩荷载的增大,均会导致单桩沉降的增大和竖向承载力的降低,但只有当水平荷载达到相应位置水平极限承载力的0.5倍以上时,这种变化幅度才较明显;预先施加的水平和弯矩荷载在产生水平位移后,再施加竖向荷载,将会出现P-Δ效应,造成单桩水平位移的增大和水平承载力的降低;水平和弯矩荷载共同作用时对单桩的沉降和桩端阻力的影响程度,与水平和弯矩荷载产生的桩顶水平位移的大小正相关.     

沥青混凝土路面轮胎临界滑水速度数值模拟

为了揭示沥青混凝土路面轮胎滑水力学机理、评估各项因素对临界滑水速度的影响,运用数值模拟方法,建立了沥青路面模型和花纹充气轮胎模型,并利用欧拉-拉格朗日耦合算法建立了轮胎滑水模型.对滑水模型的适用性与精确性进行了验证,模拟计算出轮胎路面竖向接触力变化曲线以及临界滑水速度,并对轮胎花纹、轮胎充气压力、水膜厚度和路面类型的影响进行了评估.结果表明:增加轮胎花纹复杂度可增大轮胎行驶振动强度,减少水膜对轮胎的托举作用;提升轮胎充气压力和减小水膜厚度可以有效提高轮胎路面竖向接触力和临界滑水速度;OGFC路面在防止滑水现象发生方面显著优于AC路面和SMA路面,MPD值可用于评估有水路面的滑水性能.     

沥青路面在半正弦荷载下的力学响应

研究轮胎/路面的接触印迹特征及随机荷载作用特点,采用ABAQUS软件构建路面结构三维有限元模型,对半正弦荷载作用下的沥青路面力学响应进行分析。结果表明,半正弦荷载作用下沥青路面的上面层和中面层出现应力应变集中,应力应变值随路面深度的增加而逐渐减小;沥青路面的竖向、横向及纵向应力最大值均出现在上面层,且竖向应力最大,横向应力次之,纵向应力最小;竖向、横向应变最大值出现在上面层,纵向应变最大值出现在上-中面层,且路面结构内部出现反复的纵向拉-压变形,这很可能是沥青路面轮迹带附近材料产生疲劳损坏的根本原因。另外,荷载作用时间和路面温度对沥青路面应变的影响要大于其对应力的影响,路面温度的升高导致应变增大且延迟了残余应变的恢复时间。     

重载铁路轨道路基系统动位移空间分布特征

建立了重载货车-有砟轨道-路基系统耦合动力学模型.分析计算了在轨道随机不平顺激励下30t轴重重载铁路轨道-路基系统动位移的分布规律.计算结果表明:(1)轨道-路基系统各结构层动位移状态较为复杂,在重载货车通过的过程中,所受荷载也处于循环往复的加载和卸载状态.(2)在有砟轨道-路基系统的动位移的3个位移分量中,竖向动位移的幅值较大,横向动位移以及纵向动位移的幅值均不超过竖向动位移幅值的6%;而沿横向,动位移的分布较为缓和,其最大波动幅值不超过0.2mm,可近似看做均匀分布.(3)轨道-路基系统动位移沿竖向的变化,大体分为3个阶段:在钢轨到轨枕之间,出现明显突变;在轨枕层区域的衰减幅度较小;在道床层至基床表层及下部结构,竖向动位移表现为沿深度方向不断衰减,并且衰减速率随着深度的增加也在不断减小.     

级配碎石力学性能的颗粒流数值模拟方法

为了从本质上揭示级配碎石组成结构与力学性能的内在关系,基于2维颗粒流软件提出了级配碎石力学性能的颗粒流数值模拟方法,并通过该方法以安康瀛湖石灰岩碎石为例研究了级配碎石的力学性能.结果表明:不同级配碎石的CBR(california bearing raio)、剪切强度和抗压强度的实测值分别为495%~692%,592~802kPa,1.29~1.54MPa;相应的模拟值分别为525%~736%,636~839kPa,1.34~1.54MPa;平均误差分别为4.50%,5.07%,5.15%.模拟结果与实测结果基本吻合,证明颗粒流数值模拟方法应用于级配碎石力学性能研究中的可行性.     

基于抗变形能力的级配碎石组成设计方法

级配碎石的主要缺陷是易产生较大的塑性变形。在分析现行级配组成设计方法的基础上,根据连续密级配碎石的加州承载比(CBR)试验和利用研制的柔性材料剪切性能测试仪进行的剪切性能试验结果,对基于抗变形能力的级配碎石组成设计方法进行了研究。结果表明:以CBR值和剪切强度为组成设计的性能控制参数,CBR值应不小于180%,剪切强度应大于0.52 MPa;以最大粒径、泰波(Taibol)级配指数n值和基于双指标控制的关键筛孔及其通过率合理变化范围作为级配控制参数,最大粒径宜为31.5 mm,要求不高时可以放宽到37.5 mm;n值控制在0.45~0.50之间,以0.50为宜;4.75、2.36、0.60、0.075 mm筛孔应作为关键筛孔予以控制;通过率应在基于双指标控制的合理变化范围内。由此提出了基于抗变形能力的级配碎石组成设计方法,通过试验路应用表明,该设计方法可以有效控制级配碎石的塑性变形。     

充填体覆盖下大断面六角形进路离心模拟试验

金川镍矿是我国最重要的镍矿资源基地，矿区岩石破碎，龙首矿区采用的小断面六角形进路分层下向胶结充填采矿法为厚大破碎矿体的安全开采提供了成功经验。金川公司二矿区东部贫矿体厚大、埋藏浅，开采技术条件相对较好，但矿岩品位较低，采用小断面六角形进路由于开采成本高、效率低，无法满足东部贫矿体的开采要求。为了降低成本、提高采矿效率，提出了采用中深孔落矿的大断面六角形进路下向充填法，六角形进路从4 m （腰宽）×5 m （高度）提高至16 m （腰宽）×20 m （高度）。采用离心模拟试验对自重应力影响下的大断面六角形进路充填体的变形破坏进行分析，试验结果表明：随着离心加速度的逐步增加，上覆充填体的位移也逐渐增大，在离心加速度为70g时进路两帮发生坍塌破坏，92g时顶板发生破坏，顶板稳定性强于两帮的稳定性；两帮发生破坏时最大累计竖向位移为0.627 cm，顶板发生破坏时最大累计位移为0.904 cm，顶板比两帮能够承受更大的极限变形量；充填体破坏模式主要为拉伸破坏和剪切破坏，六角形进路最终形成半椭圆的塌落拱并趋于稳定。     

基于加州承载比试验的隧道弃渣颗粒接触力场形状影响因素分析

对级配碎石而言，不同的颗粒表面性质会影响颗粒接触力场形状、大小及梯度，进而改变试样所受约束力。分析CBR试验过程中试样侧板及底板的受力演变，探究试样颗粒细观参数对试样颗粒接触力场及试样约束力的影响。通过对比不同刚度比、摩擦系数与粘结强度（设定其比值为1下）对试样接触力场形状的影响，发现：以刚度比值6为界，随法向刚度的增大，颗粒接触力场长细比先增加后减小；随摩擦系数或粘结强度增大，接触力场长细比相应减小。考虑颗粒相对运动中粘结强度比中法向及切向参数作用不同，以粘结强度比4为界，随法向粘结强度增大，其接触力场长细比先增加后减小；随切向粘结强度增大，所得接触力场长细比变化趋势则为先减小后增加。可为研究隧道弃渣制成的级配碎石颗粒细观参数与其接触力场形状间关联性提供一定参考     

湿滑状态下飞机轮胎与道面摩擦特性试验

湿滑道面会造成飞机制动性能下降,影响起降安全。本文通过搭建污染跑道摩擦特性测试装置,根据飞机在湿滑道面滑跑的实际情况,对飞机轮胎在不同水膜厚度、速度、载荷条件下运行的接触力、滑移距离进行研究,分析了湿滑条件下道面摩擦特性与影响因素间的关系。实验结果表明：水膜厚度对道面摩擦特性影响显著,水膜厚度为13mm时,轮胎与道面之间的接触应力变化明显,滑移距离大幅度增加。随着速度的增加,轮胎与道面之间的接触应力呈线性增加趋势,过高的速度会增加滑水风险。轮胎载荷的增加会减少湿滑道面上的滑移距离,在一定程度上提高飞机轮胎的载荷,能有效改善湿滑道面上的摩擦特性。     

矿料强嵌挤骨架密实级配的PFC2D数值试验研究

为了充分优化矿料级配,应用PFC2D构建了矿料密实度和加州承载比(CBR)的数值试验方法,在可靠性验证的基础上,分析了合成粗集料、合成细集料、粗细混合集料的密实度和CBR变化规律,提出了矿料强嵌挤骨架密实级配,并对其力学性能进行了室内试验验证.结果表明:19～31.5mm集料、9.5 ～ 19mm集料和4.75～ 9.5 mm集料3种规格粗集料的最佳质量比分别为70∶20∶10、60∶30∶10、60∶20∶20和50∶30∶20,2.36 ～4.75mm集料、0.6 ～2.36mm集料和0.6mm以下集料3种规格细集料的最佳质量比为38.5∶16.5∶45、33∶22∶45、36∶24∶40和30∶30∶40,粗细混合集料的最佳比例为65∶35;由矿料强嵌挤骨架密实级配组成的级配碎石的CBR值和抗压强度分别为规范级配的1.16倍和1.12倍以上,证明该级配具有良好的力学性能.     

建筑垃圾在高速公路路基填筑中的现场直剪试验研究*

采用一种适用于大颗粒的新型现场直剪试验仪,对建筑垃圾进行了直剪试验,分析建筑垃圾的剪切强度特性。建筑垃圾的现场组分分析结果表明,建筑垃圾主要由碎砖、碎石、混凝土等废料组成。对碾压成型后的建筑垃圾进行筛分试验,分析了建筑垃圾级配,得到了建筑垃圾颗粒破碎的分维。根据现场大型直剪试验结果,得到了不同正应力下剪应力-剪切位移和剪应力-正应力的关系曲线,确定了建筑垃圾剪切强度的峰值和残余值参数,峰值黏聚力和内摩擦角分别为40 kPa和36°,残余黏聚力和内摩擦角分别为23 kPa和32°,相比于普通填土,建筑垃圾的剪切强度较大。     

面向面内刚性环模型的变参数等效路面模型研究

针对重载车辆行驶过程中轮胎受力大、变形大,传统等效路面模型反映轮胎动态特性作用有限的问题,在定参数等效路面模型的基础上建立变参数串联椭圆凸轮模型,考虑轮胎受力情况对椭圆凸轮形状参数的影响。在MATLAB/Simulink中建立基于面内刚性环轮胎模型的1/4车系统仿真模型,分别对路面和椭圆凸轮进行离散化处理,采取循环迭代的方法同时仿真出等效路形与系统动力学特性。仿真结果表明,在低速行驶时两种模型仿真结果一致;在高速行驶条件下利用变参数等效路面模型计算所得等效路形失去对称结构,更加符合真实轮胎越障状况,为精确的面内刚性环轮胎建模提供方法和理论参考。     

Tire Grip Performance Simulation and Improving Method Considering the Influence of Tread Pattern Stiffness

The grip performance of radial tires on dry roads was simulated with the software ABAQUS.A sliding-velocity-dependent friction coefficient on the contact behavior at the tire-pavement interface was selected to describe friction phenomenon for tire and road interface.Anti-lock brake system(ABS) process was achieved by controlling the tire angular velocity to obtain the relationship between friction force and slip rate,while the maximum friction forces were used to evaluate tire grip performance.Physical mechanism of tire grip performance was also analyzed through the frictional force generated from the adhesion region and sliding region by considering the contact differences between the longitudinal slip and the lateral slip,and the deformation characteristics of tire pattern were also investigated.In order to improve tire grip performance,carbon fiber material was added to the tread pattern grooves.The results show that carbon fiber has a significant influence on stiffness distribution of tread patterns and friction force vector in the contact zone.Tire grip performance can be improved by controlling the stiffness distribution and deformation direction of the tread pattern.     

地铁线路穿越急倾斜煤层采空塌陷区相似模型试验

地铁线路穿越煤矿采空塌陷区问题为中国首例,因此进行急倾斜煤层开采岩移基本规律和地铁荷载作用下塌陷区及侧壁围岩稳定性研究具有重要意义。运用相似模型试验方法,模拟开采两组急倾斜特厚煤层,并用数码相机记录开采及加载过程中岩层破断及移动形态。试验反映了急倾斜煤层开采中垮落带形态、裂隙带形成与发展和地表移动特征等共性;此外,分别以顶底板移动角、边界角,表土层移动角、边界角参数计算煤层开采覆岩破坏边界范围,并以此划分不稳定区、基本稳定区和稳定区;考虑地铁及建筑荷载下,塌陷区破断岩体有闭合压实现象,地表最大下沉量为4~5 cm,顶板侧壁不稳定围岩最大离层量2 cm。所得结果对指导现场地铁线路穿越煤层采空塌陷区具有一定的参考意义。