滑坡冲击桥墩的离散元模拟及桥墩动力响应分析

论文摘要

随着我国山区桥梁建设的不断增多,其面临滑坡这一最常见的山地灾害的隐患风险也在不断提升。滑坡体冲击桥墩并使之开裂、倾斜甚至倒塌是滑坡灾害对桥梁常见的破坏方式之一。本文以碎屑类滑坡为主要研究对象,探究其冲击桥墩的整个过程特点及荷载特性,并分析了桥墩在滑坡荷载作用下的响应。主要工作与成果如下:(1)介绍了相关内容的国内外研究现状,目前专门研究滑坡体冲击桥墩及桥墩响应的文献还较为少见。明确了本文的主要研究目标及对象,阐述了主要研究内容。(2)介绍颗粒离散元法的基本理论,并详细阐释本文采用的离散元模型。通过标定试验确定一组颗粒间的接触参数,以供数值模拟分析使用。(3)进行室内斜槽试验,并建立相应的离散元模型。通过对比二者颗粒运动速度、滑体运动形态和对方柱法向冲击力的结果,证明了离散元数值模拟的准确性、可靠性及所获得的接触参数的合理性。(4)在一简化的滑坡模型基础上,建立23种不同工况的离散元模型来探究滑坡冲击桥墩的荷载特性。滑坡荷载对桥墩的作用可分为冲击作用和堆积作用。下滑坡度对滑坡作用的影响很大,坡度较陡时滑坡荷载主要表现为冲击作用,较缓时则主要表现为堆积作用;下滑距离对滑坡作用的影响较小,且对不同组坡度间的滑坡作用影响是不同的;圆形桥墩可有效减小滑坡荷载作用力及产生的弯矩。当桥墩距坡脚一定距离后,滑坡作用会显著减小。(5)建立钢筋混凝土桥墩的有限元模型,为更真实模拟滑坡荷载,将离散元数值模拟获得的荷载分区域施加在有限元模型中。得到了墩顶位移图,及桥墩混凝土和钢筋的应力分布,并与成桥前的桥墩力学响应进行对比。增大滑坡荷载,研究双柱式桥墩可能出现的破坏方式。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 本文的研究意义
•   1.2 国内外研究现状分析
•     1.2.1 滑坡灾害研究现状
•     1.2.2 基于离散元法的滑坡灾害研究现状
•     1.2.3 山区灾害对桥墩冲击问题研究现状
•   1.3 本文的研究目标、对象及内容
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究对象及主要内容
• 第2章 颗粒离散元法基本理论及参数标定
•   2.1 颗粒离散元法的基本原理
•     2.1.1 基本思想
•     2.1.2 单元属性
•     2.1.3 接触判断
•     2.1.4 接触模型
•     2.1.5 运动方程
•   2.2 本文采用的离散元模型
•     2.2.1 单元形状及尺寸
•     2.2.2 接触模型
•   2.3 颗粒间接触参数的标定
•     2.3.1 标定试验简介
•     2.3.2 标定试验结果
•   2.4 本章小结
• 第3章 DEM的斜槽试验及数值模拟
•   3.1 室内试验设计
•     3.1.1 试验设备布置
•     3.1.2 试验步骤
•     3.1.3 试验工况
•   3.2 DEM数值模拟
•     3.2.1 DEM模型前处理
•     3.2.2 DEM模型后处理
•   3.3 室内试验与数值模拟的结果比较
•     3.3.1 颗粒运动速度的对比
•     3.3.2 滑体运动形态的对比
•     3.3.3 滑体对桥墩法向冲击力的对比
•   3.4 本章小结
• 第4章 滑坡冲击桥墩荷载特性的参数分析
•   4.1 模型及工况设置
•     4.1.1 模型简化
•     4.1.2 工况设置
•   4.2 DEM模型设置
•   4.3 坡度与下滑距离的影响
•     4.3.1 坡度与下滑距离对作用力的影响
•     4.3.2 坡度与下滑距离对桥墩最大作用高度的影响
•   4.4 桥墩形式的影响
•     4.4.1 桥墩形式对桥墩作用力的影响
•     4.4.2 桥墩形式对桥墩所受弯矩的影响
•   4.5 桥墩位置对作用力的影响
•   4.6 本章小结
• 第5章 滑坡荷载作用下桥墩的动力响应
•   5.1 有限元模型建立
•     5.1.1 建立各部件及桥墩装配体
•     5.1.2 定义材料参数
•     5.1.3 定义边界条件及荷载
•     5.1.4 划分网格单元
•   5.2 有限元模型结果
•     5.2.1 桥墩的横向位移
•     5.2.2 桥墩的应力分布
•     5.2.3 桥墩的破坏形式研究
•   5.3 本章小结
• 结论与展望
•   主要结论
•   研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士研学期间发表的论文及参与的科研

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈庭宇

导师: 李亚东

关键词: 滑坡,桥墩,离散元,动力响应

来源: 西南交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,公路与水路运输

单位: 西南交通大学

基金: 国家自然科学基金资助项目(51478400)

分类号: P642.22;U443.22

DOI: 10.27414/d.cnki.gxnju.2019.002724

总页数: 71

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