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(jì)及其安全性評(píng)價(jià)的重要性、迫切性愈來愈明顯.本文結(jié)合天津地鐵1號(hào)線工程,針對(duì)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(duì)地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)在人工地震波作用下的動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行了分析計(jì)算,為地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及抗震設(shè)防提供依據(jù)；對(duì)天津地鐵1號(hào)線土城車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力分析計(jì)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(jī)理.本文的主要工作如下: 1.基于變形體動(dòng)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(dòng)態(tài)松弛法,推導(dǎo)出其理論公式并編制了計(jì)算程序.通過選取適當(dāng)?shù)挠?jì)算參數(shù)對(duì)典型算例進(jìn)行分析計(jì)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(yàn)證了計(jì)算程序和計(jì)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(jì)算的

3、可行性. 2.利用可變形體單元模型的離散元法,針對(duì)地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的震害特點(diǎn),求出了地下結(jié)構(gòu)在人工地震波作用下的動(dòng)力反應(yīng),為地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)在邊界上與離散元的耦合.采用近場(chǎng)土體由離散元模擬,遠(yuǎn)場(chǎng)土體由無限元模擬,進(jìn)行土-地下結(jié)構(gòu)相互作用分析.由靜力問題的收斂性,驗(yàn)證了計(jì)算程序和計(jì)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(duì)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(jìn)行了計(jì)算分析,揭示了剛性樁復(fù)合地基樁土共同作用的承載機(jī)理. 5.針對(duì)天津地鐵1號(hào)線土城車站實(shí)際工程,使用可變形離散元法對(duì)地下結(jié)構(gòu)-土動(dòng)力相互作用系統(tǒng)進(jìn)行了分析計(jì)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(dòng)內(nèi)力、動(dòng)位移).分析了地震反應(yīng)可能對(duì)地鐵車站造成的破壞,對(duì)地鐵車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了