基于含孔隙固体多孔介质理论，建立了二维层状饱和冻土地基的计算模型，研究了简谐荷载作用下层状饱和冻土地基的动力响应问题。首先，通过Helmholtz定理和Fourier积分变换，采用传递矩阵法，结合边界及层间连续条件推导获得了层状饱和冻土地基的刚度矩阵，得到了层状饱和冻土地基在频域中的动力响应解答。然后，通过快速傅里叶变换得到了层状饱和冻土中各相位移和应力的数值解。与已有文献进行对比后，通过数值算例分别分析讨论了上软下硬和上硬下软两种典型层状地基中表层土剪切模量、表层土温度、表层土孔隙率和荷载频率对动力响应的影响规律。研究结果表明：在上软下硬和上硬下软两种地基情况下，竖向位移和孔隙水所分担的应力幅值随着表层土剪切模量的增大而减小，随着表层土温度、表层土孔隙率和荷载频率的增大而增大；层状饱和冻土地基中软硬土层的排列次序对竖向位移和孔隙水所分担的应力影响显著。
为了研究地震作用下季节冻土区框架锚杆支护边坡体系的地震动力响应变化规律，考虑到季节冻土区边坡土体的季节分层特征，将未冻结土层处理为黏弹性Winkler地基模型，冻结层处理为中间剪切层，框架立柱处理为Euler-Bernoulli弹性梁，用线性弹簧和阻尼器来模拟锚杆锚固段与周围土体的相互作用，建立了季节冻土区框架锚杆边坡支护结构简化动力计算模型。基于D'Alembert原理并引入Dirac函数，给出了冻结期和融化期时框架-锚杆-边坡支护体系的运动方程；其次通过振型叠加法对其进一步解耦变换，并采用隐式时域逐步积分法对解耦后的体系方程组进行求解，最后将提出的计算方法应用于工程算例，且与振动台试验结果进行了对比分析。结果表明：相同地震波作用下，坡顶处加速度大于坡底，同一位置处的融化期峰值加速度比冻结期大，具有季节差异效应和高程放大效应；同时考虑冻胀和地震作用时冻结期的锚杆轴力和立柱弯矩大于地震作用时融化期的锚杆动轴力和立柱动弯矩；加速度、轴力等振动台试验结果与理论计算值在总体趋势上较为一致，即提出的计算方法能够刻画地震作用下季节冻土区框架锚杆支护结构工作状态。研究结果可为季节冻土区框架锚杆支护...
为了更科学地评价地震荷载作用下土钉支护多年冻土区路堤边坡动力响应特性，本文基于动力理论控制方程及大型非线性有限元软件ABAQUS，建立了地震荷载作用下土钉支护多年冻土区路堑边坡动力响应三维有限元数值模型，并在模型边界处添加了三维黏弹性人工边界，最后分析该三维模型的加速度响应、位移响应及土钉轴力响应云图。结果表明：加速度峰值随着路堑边坡高程及激振加速度峰值增加而增加，在路堑边坡坡顶位置处达到最大，且加速度云图成分层现象表明，土钉对该路堑边坡起到了加固作用；此外，在不同地震波峰值加速度作用下，相同位置处的位移响应峰值却有明显的不同，坡顶位移最大，表明地震荷载对该路堑边坡坡顶破坏效应最为明显，土钉轴力具有高程放大效应和坡面放大效应，路堑坡底至坡顶的土钉端部轴力峰值逐渐增大。本文数值模拟模型及结论，可为制定地震荷载作用下，土钉支护多年冻土区路堑边坡抗震设计提供一定参考。
为更合理地评价高烈度地震作用下,多年冻土区既有路基动力响应的特性,本文基于路基地震动力控制微分方程及大型非线性有限元软件ABAQUS,建立了多年冻土区既有路基三维有限元数值模型,并为更好地模拟远场地震波入射,推导了三维黏弹性人工边界施加在模型边界处,分析了该模型典型位置处的加速度响应和位移响应,对比了不同地震波作用下的差异性。此外,本文的数值模拟方法及有关结论,也可为制定高烈度地震作用下多年冻土区路基抗震设计提供一定的参考。
为了更科学地评价地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的抗震性能,基于热-动力理论控制方程,应用大型非线性有限元软件ABAQUS,建立带有黏弹性人工边界的地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的数值模型,对比分析夏季和冬季这两个典型季节时的加速度响应、位移响应以及土钉轴力响应。结果表明:无论是夏季还是冬季,加速度峰值随着季节冻土边坡高程以及激振加速度峰值增加而增加,在夏季时刻的季节冻土边坡坡顶位置处达到最大。此外,在不同地震波峰值加速度作用下,相同位置处的位移响应峰值却有明显的不同,同一地震烈度地震波激震时,夏季的季节冻土边坡坡顶位移最大,表明地震荷载对夏季的季节冻土边坡坡顶破坏效应最为明显,土钉轴力具有高程放大效应和坡面放大效应,季节冻土边坡坡底至坡顶的土钉端部轴力峰值逐渐增大。文中数值模拟模型及结论可为制定地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡抗震设计提供一定的参考。
为揭示高烈度地震区冻土公路隧道震动特性,借助有限元软件分别研究了多年冻土隧道在全冻、1～10m融化圈以及季节性冻土隧道在全融、1～10m冻结圈状态下,围岩与结构地震加速度、位移等动力时程响应特性。结果表明:多年冻土隧道随着融化圈深度的增加,地表及洞顶的地震加速度、位移响应均逐渐增大。融化圈为1m时地震影响最小,与全冻结状态下相比,洞顶加速度减小约9%,洞顶位移减小约22%,即适当厚度的融化圈具有一定的减震作用;季节性冻土隧道随着冻结深度的增加,地表及洞顶的地震加速度、位移响应均逐渐减小。冻结深度为10m时,地表及洞顶加速度达到最小值,全融状态下,地表及洞顶加速度达到最大值。此外,全冻状态下地表及洞顶位移小于全融状态,即全冻状态下地震作用时,破坏作用较全融状态下小。
为了研究列车荷载作用下季节冻土区铁路路基的动力响应规律,采用ABAQUS有限元软件建立京哈铁路路基模型,平衡初始地应力,并以此为基础,对单次列车荷载以及长期列车作用下的高铁路基进行动力响应数值模拟分析。结果表明,在单次列车、列车长期荷载作用下,对比不同时期路基的位移场、应力场变化情况,得出季节性冻土区夏季温度较高时,单次列车荷载下路基表面竖向位移、速度、加速度、应力值均大于冬季,在相同深度处各值的衰减程度也大于冬季;同一时期单次列车荷载与列车长期荷载分别作用下,单次列车荷载作用下的路基竖向位移与应力等值大于列车长期荷载作用下的结果。
针对青藏高原多年冻土区路基在地震作用下出现大量破坏这一实际问题,以G214公路工程地质条件为基础,以西宁台站、大武台站、都兰台站等实测地震加速度数据作为边界条件,建立有限元模型,计算地震荷载下多年冻土区路基动力学响应。计算了-0.2℃、-0.5℃、-0.8℃年平均地温工况下路基动力响应,并以此为基础研究温度对路基动力响应影响;以1、4、7、10月温度场计算结果为依托,计算了不同季节工况对路基动力响应影响;以5、10、15m高填路基为样本,通过动力分析,确定填方高度对路基动力响应影响;同时考虑阴阳坡效应对路基稳定性影响,对比分析阴阳坡侧动力响应差异,并对比分析各因素对路基动力稳定性影响权重,确定其中主要因素。研究结果表明:地震荷载作用下,填土高度对路基稳定性的影响大于季节及温度的影响;受路基阴阳坡效应的影响,阳坡侧路基位移峰值大于阴坡侧,路肩处阳坡侧水平位移峰值比阴坡侧高42.9%,阳坡侧坡脚水平位移比阴坡侧高42.8%;10月份为路基体受力及变形最不利季节,冻土地温越高,路基顶面及坡脚点位移幅值越大,且地温对坡脚点位移的影响大于路基中心点;在地震作用下,有明显阴阳坡效应的多年冻土路基坡...
为研究高温冻土铁路路基内部的动力变化规律,以人工数定激励力法模拟列车荷载,采用ABAQUS有限元软件建立冻土路基模型,对列车作用下的冻土路基进行动力响应模拟。结果表明:在列车振动荷载作用下,冻土路基内部各点的应力和位移均由路基的顶部中心位置向两侧和下部逐渐减小,路基的最大应力和最大变形均发生在其顶部中心处;路基内各个点的竖向振动随着深度增加逐渐衰减。该结果可为高温冻土路基的强度变化研究提供借鉴。
科学合理地分析铁路路基块石层在机车荷载作用下的动力传递机理,对于多年冻土区路基工程稳定性预测有着重要的指导意义,同时对于在青藏高原多年冻土地区建设高坝大库等重要水利工程的动力稳定性分析也具有重要的借鉴作用。通过选取青藏铁路北麓河段典型块石路基结构开展机车通过实时强震动测试,获得了机车通过时的实时加速度数据。在现场测试的基础上,基于有限元分析软件,运用二维非线性动力响应分析方法对多年冻土区块石路基结构在机车荷载作用下动力传递特性、位移响应特性和应力应变特性进行了数值模拟分析,并通过对比分析素土路基的动力响应特征,科学分析青藏铁路路基块石层在机车荷载作用下的动力传递机理。研究结果表明,块石层的铺设可以有效限制机车荷载产生的加速度向路基深处传递,减小机车振动对路基结构的影响,有助于保护冻土路基的稳定性;块石层的铺设可以较好地减小机车荷载作用下路基的沉降变形,在相同机车荷载作用下块石结构路基的最大沉降量仅为0.9mm,而素土路基的最大沉降量可达1.9mm;块石层的铺设可以改变机车荷载作用下路基内部的应力应变状态,使得路基内部最大主应力增大,而最大剪应变幅值、范围均减小。