盾构隧道施工诱发邻近单桩的振动响应规律

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作者 赵广资 李克金 +3 位作者 李春林 仇晖 马悦 汪优 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第2期295-303,共9页

为了探究盾构施工引起的不同桩-隧间距下的单桩动力响应规律,依托济南地铁4号线某工区,采用离散元与有限差分耦合法(DEM-FDM),结合现场实测数据,建立隧道结构-土体-桩二维动力耦合模型。利用DEM模拟岩土材料的特性,结合FDM对混凝土结构... 为了探究盾构施工引起的不同桩-隧间距下的单桩动力响应规律,依托济南地铁4号线某工区,采用离散元与有限差分耦合法(DEM-FDM),结合现场实测数据,建立隧道结构-土体-桩二维动力耦合模型。利用DEM模拟岩土材料的特性,结合FDM对混凝土结构的高效动力计算,模拟距隧道18 m范围内不同桩-隧间距下的单桩动力响应工况,并对盾构施工振动时程数据和频谱特征进行监测与分析。研究结果表明:1)盾构隧道施工引起的邻近桩振动响应随桩-隧间距的增加呈现出幂函数或指数型衰减规律,其中,桩顶的衰减较不显著,桩底及与隧道同埋深的部位衰减较为显著;2)基于桩-隧间距的不同,影响范围可分为强影响范围(<3 m)、中强影响范围(3~9 m)、中弱影响范围(9~12 m)、弱影响范围(>12 m)4部分;3)随着桩-隧距离的增加,振动信号中的高频成分逐渐消失,而低频成分则能够传播较远距离,仍会引起桩的伴随振动;4)盾构施工振动产生的能量90%以上集中在0~64 Hz,低频段振动对结构的影响更加显著。 展开更多

关键词 硬岩地层 盾构隧道 施工振动 离散元与有限差分耦合 桩-隧间距 动力响应

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力-热耦合作用下煤岩动力学特性和破碎机理研究 被引量：1

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作者 李鹏龙 罗宁 +2 位作者 索云琛 柴亚博 孙锐 《爆破》 CSCD 北大核心 2024年第4期8-17,60,共11页

为了安全高效地进军深部煤炭资源开采,开展深地“三高一扰动”环境下煤岩的动态力学特性和破碎机理研究,采用自主改进的∅50 mm高温同步分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对25~200℃温度下煤岩进行动态冲击试验研究,并改进ZWT粘弹性本... 为了安全高效地进军深部煤炭资源开采,开展深地“三高一扰动”环境下煤岩的动态力学特性和破碎机理研究,采用自主改进的∅50 mm高温同步分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对25~200℃温度下煤岩进行动态冲击试验研究,并改进ZWT粘弹性本构模型建立考虑温度效应的煤岩动态本构方程,基于有限差分-离散元数值模拟研究高温效应对煤岩裂纹发育规律及其动态强度的影响。研究表明:高温冲击作用下煤岩的动态应力应变曲线可划分为四个阶段:压密阶段、弹性阶段、裂纹增长阶段和软化失效阶段;随着温度的增加,煤岩的动态抗压强度和动态弹性模量劣化明显,失效应变呈现增加趋势,吸收能则呈现W型波动趋势;破碎粒径减小,分形维数则呈现明显的线性增加,抗压强度越低,破碎程度越高,破碎模式更为复杂;基于ZWT改进后的动态本构模型良好地表达高温冲击后的应力应变关系,但对压密阶段的表达不甚理想;模拟和试验结果显示煤岩在150℃高温后水成分和吸附气体活跃析出,煤基质受热膨胀破裂,出现明显细观裂纹,并逐渐发育为贯通裂纹,其中以剪切裂纹为主。煤岩在100℃下动态压缩的裂纹发育从受撞击面发育贯通,高温劣化煤岩强度。研究结论为“三高一扰动”深部复杂地况下煤炭资源安全高效开采提供基础理论支持。 展开更多

关键词 深部煤岩 力-热耦合 分离式霍普金森压杆 动态本构模型 有限差分-离散元

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动静组合加载下锚固裂隙岩体的止裂与吸能机理

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作者 韩凤岩 余东峰 +2 位作者 陈瑜 黄林冲 徐志胜 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1418-1424,共7页

为研究锚杆对深部含裂隙岩体的锚固止裂效应,进行了不同冲击气压下的动静组合加载试验.基于优化的锚杆界面力学模型,建立了新型有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合数值分离式霍普金森杆系统及锚杆模型.对裂隙岩体和锚固裂隙岩体的力学特... 为研究锚杆对深部含裂隙岩体的锚固止裂效应,进行了不同冲击气压下的动静组合加载试验.基于优化的锚杆界面力学模型,建立了新型有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合数值分离式霍普金森杆系统及锚杆模型.对裂隙岩体和锚固裂隙岩体的力学特性、能量耗散及破坏特征进行了研究,并从细观能量耗散角度阐述了锚杆在动荷载下对裂隙岩体的锚固机理.结果表明:裂隙岩体和锚固裂隙岩体的动态抗压强度随冲击气压的增大而增加,锚杆对裂隙岩体的锚固效应可提高动态抗压强度,减小裂隙岩体的冲击后破坏程度,锚固裂隙岩体能量吸收率变化规律趋同于完整岩体;从细观角度分析,锚杆加固使得裂隙岩体的摩擦滑移耗散能和破坏后碎块携带动能降低,整体吸收能量减少. 展开更多

关键词 动静组合加载 裂隙岩石 力学特性 锚固机理 有限差分法-离散元法(fdm-dem)耦合

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基于颗粒单元接触的二维离散-连续耦合分析方法 被引量：33

4

作者 周健 邓益兵 +1 位作者 贾敏才 王家全 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期1479-1484,共6页

结合离散单元法与有限差分法发展了离散–连续耦合分析方法。在中心区域采用离散元分析,其周围区域采用有限差分法分析。采用离散元中颗粒接触计算模型计算离散–连续交界面处的颗粒与单元相互接触作用,在连续单元中接触点速度按型函数... 结合离散单元法与有限差分法发展了离散–连续耦合分析方法。在中心区域采用离散元分析,其周围区域采用有限差分法分析。采用离散元中颗粒接触计算模型计算离散–连续交界面处的颗粒与单元相互接触作用,在连续单元中接触点速度按型函数对交界面处的节点速度进行插值,将与颗粒的接触力按权值函数分配到交界面节点上。通过PFC和FLAC的Socket I/O接口,实现二维离散–连续耦合分析,并通过对二维算例分析,表明了该耦合分析方法的有效性。 展开更多

关键词 离散单元法 有限差分法 离散–连续耦合 细观力学

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基于有限差分与离散元耦合的支挡结构数值计算方法 被引量：14

5

作者 张华 陆阳 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期1402-1407,共6页

土体与支挡结构的变形与稳定是岩土工程界关注的一个重要问题。作为探讨,介绍了运用快速拉格朗日有限差分与颗粒离散单元外部耦合的方法,对处于系统中的不同部位,分别应用二维刚性颗粒离散单元与允许大应变的有限差分网格,模拟离散体与... 土体与支挡结构的变形与稳定是岩土工程界关注的一个重要问题。作为探讨,介绍了运用快速拉格朗日有限差分与颗粒离散单元外部耦合的方法,对处于系统中的不同部位,分别应用二维刚性颗粒离散单元与允许大应变的有限差分网格,模拟离散体与结构物的相互作用,连续域与非连续域的平滑过渡则通过计算过程中满足两域对应边界的相容条件与平衡条件实现。就耦合的实现途径进行了说明,并将其应用于衡重式挡墙与墙后填土相互作用的分析,对比计算结果与现场实测数据,证明采用的方法能较有效地再现土与支挡结构的力学变形规律。 展开更多

关键词 有限差分 颗粒离散元 耦合 大应变 相互作用

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离散元-有限差分耦合法在铁路有砟道床研究中的应用 被引量：7

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作者 高亮 徐旸 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期37-44,共8页

将离散元-有限差分耦合算法引入铁路有砟道床结构的力学分析中.通过激光扫描法建立了基于真实道砟颗粒外形的离散单元数值模型,以此对由碎石道砟所组成的散体道床进行精细化模拟;采用有限差分法对连续介质的轨枕及轨下路基基础进行仿真... 将离散元-有限差分耦合算法引入铁路有砟道床结构的力学分析中.通过激光扫描法建立了基于真实道砟颗粒外形的离散单元数值模型,以此对由碎石道砟所组成的散体道床进行精细化模拟;采用有限差分法对连续介质的轨枕及轨下路基基础进行仿真.通过在层间结构边界处设置虚拟耦合过渡层,并将力和位移作为媒介物理量于一个时间步内在两种程序之间进行交互迭代的方式实现了两种数值分析方法的动态耦合.在此基础上建立了轨枕-散体道床-路基的离散元-有限差分耦合数值模型.并通过现场实测结果验证了模型的正确性. 展开更多

关键词 有砟道床 离散元法 有限差分法 耦合算法

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双重介质系统液固耦合模型及其应用 被引量：2

7

作者 周德华 葛家理 《石油实验地质》 CAS CSCD 北大核心 2006年第3期292-295,共4页

在油气藏开发过程中,油气藏中孔隙—裂缝介质受渗流场和应力场的双重作用,这不是简单的线性叠加,而是彼此作用、相互影响,称为耦合作用。对双重介质而言,耦合作用可能导致油藏物性参数的变化,影响油气藏压力和流体的分布,因此有必要建... 在油气藏开发过程中,油气藏中孔隙—裂缝介质受渗流场和应力场的双重作用,这不是简单的线性叠加,而是彼此作用、相互影响,称为耦合作用。对双重介质而言,耦合作用可能导致油藏物性参数的变化,影响油气藏压力和流体的分布,因此有必要建立并利用液固耦合模型来模拟双重介质系统中流体的渗流特征。利用有效应力概念,可以建立双重介质渗流系统液固耦合的数学模型,并采用有限元方法,通过有限差分,获得数值解。通过实例模拟计算,获得了耦合效应对油气藏动态的影响:压力系数越高、储层物性越差,液固耦合效应越明显。但随着生产时间的延长,液固耦合效应对井底压力的综合影响会逐渐消失,并非所有的双重介质系统渗流都需要考虑液固耦合效应。 展开更多

关键词 有限元方法 有限差分 有效应力 渗流 液固耦合 双重介质

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含碎石层沥青加铺结构外部耦合计算方法 被引量：1

8

作者 张泉 陆阳 张蓉 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1915-1920,共6页

碎石化沥青加铺路面结构中不同层位材料性质差异显著,难以由同一种力学模型加以描述。针对这一问题,将沥青加铺层及碎石化混凝土视为连续及非连续颗粒介质,分别采用有限差分法(DEM)与颗粒离散单元法(PCC)模拟沥青加铺层及碎石结构层的... 碎石化沥青加铺路面结构中不同层位材料性质差异显著,难以由同一种力学模型加以描述。针对这一问题,将沥青加铺层及碎石化混凝土视为连续及非连续颗粒介质,分别采用有限差分法(DEM)与颗粒离散单元法(PCC)模拟沥青加铺层及碎石结构层的力学行为,并采用耦合的方式,通过两域对应边界的相容条件与平衡条件的控制,实现了连续域与离散域的平滑过渡。作为应用,结合现场情况,将破碎混凝土简化成碎粒层、碎石表层和碎石底层,通过模拟计算,分析了破碎粒径不同组合条件下沥青加铺层对荷载的响应。结果表明,碎粒层粒径越大,沥青层的拉应力、应变越大;碎石表层粒径越小,即多锤头破碎机(MHB)破碎的越碎,原水泥混凝土面板的强度下降的越多,整体性就越差,沥青层底的拉应力、应变也就越大,因此要将破碎状态控制在一定程度为宜。 展开更多

关键词 道路工程 含碎石层沥青加铺结构 有限差分 离散元法 耦合

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影响住宅低频隔声因素的研究

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作者 黄险峰 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第10期93-96,共4页

在考虑墙体共振和房间共振的基础上 ,应用有限元法对住宅的低频隔声问题进行研究 .对比实验表明 ,计算值和实验值相符 .并且 ,声源室与受声室的体积以及两房间是否对称 ,皆对房间的隔声有影响 .

关键词 低频隔声 有限元法 声压级差 声耦合 墙体共振 房间共振 影响因素 隔声设计

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通风及内热源参数的方腔内混合对流模拟 被引量：2

10

作者 孙梦楠 宋桂秋 +1 位作者 周世华 董祉序 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期273-279,共7页

为考虑热源形态及通风条件对腔内流体流动及传热性能的影响,本文采用基于多参数弛豫时间模型格子Boltzmann法与有限差分法的耦合算法,对中心热源条件下开口方腔内的混合对流现象进行研究。在不同进、出流口位置和热源形状下,分析了混合... 为考虑热源形态及通风条件对腔内流体流动及传热性能的影响,本文采用基于多参数弛豫时间模型格子Boltzmann法与有限差分法的耦合算法,对中心热源条件下开口方腔内的混合对流现象进行研究。在不同进、出流口位置和热源形状下,分析了混合对流的流动、温度及换热特性,并给出了流函数线和等温线分布以及热源表面的努赛尔数。数值计算结果明:当进、出流口的位置固定时,热源形状决定了局部对流换热强度,但对温度场的影响较小;平均努赛尔数随着圆角半径R的增大而增大,并在进、出流口分别位于中部和顶部时,取得最大值。 展开更多

关键词 对流换热 混合对流 MRT-LBM FDM 耦合算法 方腔 热源形状 开口位置

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多孔介质在压力梯度作用下的热质耦合数值模拟 被引量：5

11

作者 朱正刚 KALISKE Michael 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期388-393,共6页

多孔介质干燥导致热质耦合传输过程。本文基于连续介质力学的宏观尺度,对多孔介质的热、湿和气三者耦合迁移进行数值模拟,研究压力梯度对热质传输的影响。多孔介质传质机理主要为水汽和空气的对流和扩散传输、吸附水在含湿量梯度作用下... 多孔介质干燥导致热质耦合传输过程。本文基于连续介质力学的宏观尺度,对多孔介质的热、湿和气三者耦合迁移进行数值模拟,研究压力梯度对热质传输的影响。多孔介质传质机理主要为水汽和空气的对流和扩散传输、吸附水在含湿量梯度作用下的自由扩散和其在温度梯度即Soret效应驱动下的流动。采用Galerkin加权余量的有限元方法,提出了温度、含湿量和气相压力在Dirichlet边界条件及混合边界条件下的三维耦合数值模型,并对介质受高温干燥条件进行了数值模拟。 展开更多

关键词 有限元 有限差分 耦合 DIRICHLET边界条件 混合边界条件 多物理场

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大温差作用下寒区路面温度应力行为研究 被引量：5

12

作者 郭创 周玉博 邓展伟 《华东交通大学学报》 2020年第5期23-30,共8页

为了了解在内蒙古寒区路面内部温度应力的变化,研究不同基层类型在寒区温度应力行为及结构性能,借助Abaqus软件,利用顺序耦合法获得路面在日温差为20℃,30℃,40℃的大温差环境下的温度应力,并分析不同基层路面在温度和动载耦合作用下的... 为了了解在内蒙古寒区路面内部温度应力的变化,研究不同基层类型在寒区温度应力行为及结构性能,借助Abaqus软件,利用顺序耦合法获得路面在日温差为20℃,30℃,40℃的大温差环境下的温度应力,并分析不同基层路面在温度和动载耦合作用下的力学响应。结果表明:组合式基层路面在寒区大温差环境下路面力学性能最好,且在温度和动载耦合作用下仍然具有优势,各层温度应力均最小,且在低温和动载耦合作用下所有力学指标均较小,在高温和动载耦合作用下沥青层剪应力表现较好。 展开更多

关键词 有限单元法 大温差 温度场 温度应力 耦合作用

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