《基於安定理論的豎向土拱效應動力漸變失穩機制》是依託同濟大學，由宮全美擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於安定理論的豎向土拱效應動力漸變失穩機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：宮全美
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
土拱效應直接影響地下結構物的受力及變形性能，其在長期使用過程中不可避免地受到施工或交通等動力荷載的影響。現有動荷載下土拱效應的研究主要局限於動應力分布特點，而對拱效應的失穩機理、失穩特性以及定量描述等方面缺乏研究。本課題擬主要考慮軌道交通荷載特點，結合申請人前期對土拱動力穩定性的試驗研究成果，首先採用光彈試驗、離散元模擬等手段，研究土拱效應的細觀特性及動力穩定性的細觀參量描述方法；其次，藉助室內變值動力載入模型試驗，研究土拱效應巨觀動力穩定特性、影響因素及巨觀參量表征方法；在此基礎上，建立動力穩定性宏細觀參量間的關係，並將彈塑性力學中的動力安定理論與高循環次數下土體累積變形計算的彈塑性有限元法相結合，研究豎向土拱效應動力失穩漸變機制以及閾值的確定方法。該研究是土動力學基礎理論的一次重要嘗試，研究成果將為地下結構設計、長期使用壽命預測等提供理論依據和參考。
結題摘要
土拱效應直接影響地下結構物的受力及變形性能，其在長期使用過程中不可避免地受到施工或交通等動力荷載的影響。現有動荷載下土拱效應的研究在退化規律、失穩機理以及定量描述等方面較為欠缺。本課題結合申請人前期對土拱動力穩定性的試驗研究成果，從宏、細觀方面分析土拱效應在動力影響下的失穩特性。採用光彈試驗、離散元模擬等手段，從顆粒體系加卸載應力殘留特性的細觀機理入手，研究了土拱效應的動力穩定性的細觀影響參數；藉助PIV觀測動力載入活動門試驗和室內隧道抬升模型試驗，研究了土拱效應在巨觀上的動力穩定特性、影響因素及發生退化至破壞的基本規律；在此基礎上，分別引入高循環次數下土體累積變形計算的顯隱式轉換有限元法和動力安定理論方法，研究了高周次循環動荷載下豎向土拱效應的動力失穩規律以及各發展階段閾值的確定方法。 重要結論包括： （1）動荷載作用下土拱效應的失穩模式包括：瞬間破壞、穩定和漸變破壞。影響穩定特性的因素有：荷載大小、頻率、作用次數，土體剪下強度，結構剛度差異，相對位移，填土高度，是否採取相關加固措施等。 （2）巨觀上，失穩主要由拱頂、拱腳發生的塑性破壞導致。動荷載引起土體內應力重分布，導致樁土應力比減小，應力分叉點發生偏移；塌落脫空區逐步向上發展直至填土表面，失穩的影響區域隨之擴大。表征退化形態的特徵量為：實體拱邊界、土拱效應影響邊界、滑移面傾角和土拱效應擴展角。 （3）細觀上，顆粒體系在加卸載作用下產生接觸殘留力和力鏈強度的變化，並形成“內邊界”，最終均表現為接觸力偏轉和傳遞路徑變化；土拱效應的失穩導致了土壓力係數的變化以及主應力方向的偏轉。 （4）根據動力安定理論方法，給出了求解引起土拱效應退化的臨界安定荷載的分析方法；針對高速鐵路樁承式路基，提出了考慮列車動荷載影響的土拱效應樁土荷載分擔計算方法。 相關研究成果將為岩土工程、地下結構設計、長期使用壽命預測等提供理論依據和參考。
