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。

采用有限元计算和模拟试验相结合的方法,研究了高温冻土路基在列车动荷载作用下的动力响应。首先,通过数值计算分析了路基的地表变形、内部土压力的变化规律。根据相似理论确定并没计了冻土路基模拟试验装置,通过在路基周围地表及其内部布设压力和变形传感器,并用自行设计的列车动荷载加载装置对路基施加模拟荷载,进行了冻土路基的模拟试验。模拟试验和数值计算的结果分析表明:采用的数值计算模型和模拟试验方法基本可行,研究结果可为青藏铁路的安全运营以及维护提供参考。

青藏高原是地震多发区,冻土区的公路、铁路在地震作用下的动力响应必须考虑.将冻土作为黏弹塑性材料,考虑冻土在动力荷载作用下的热力耦合效应,从热传导方程、渗流微分方程和动力平衡方程出发,建立了冻土的动力热-力耦合微分方程.根据相应的有限元列式,对路基在地震荷载作用下的动力响应进行了计算与分析.

根据带相变瞬态温度场的热量平衡控制微分方程,采用有限元方法计算分析了青藏铁路路基的瞬态温度场.随后,根据温度场的分布特点,应用Biot动力固结理论推导出的Biot动力固结控制方程,采用热、力间接耦合方法对青藏铁路路基在列车荷载作用下的瞬态动力问题进行了数值模拟,并系统的分析了列车荷载作用下铁路路基内的振动孔隙水压力、应力、位移等动力响应特点.