车辆荷载作用下含孔洞岩盐路基稳定性的无网格分析

论文摘要

盐湖地区的路基工程以及盐矿的开发中都会遇到岩盐的力学性质及稳定性问题。在盐湖公路上所作用的荷载主要是车辆所引起的荷载,而且所经过的多是运输盐类产品的重载车辆。单从力学角度来说,连续的岩盐的强度完全能够满足工程的需要。岩盐的特殊性在于,岩盐所含的可溶盐遇水溶解,基底遇淡水发生盐溶后,会形成孔洞,孔洞出露地表成为明洞,否则称为暗洞。由于盐溶暗洞埋藏于盐层内,常规检查难以发现而且岩盐未经地质成岩作用,晶间之间联结较弱,当洞顶盐层减小到一定厚度时,在汽车荷载作用下将产生突然塌陷,直接危及行车安全。因此,含孔洞(暗洞)岩盐体的稳定性问题成为决定盐湖路基稳定性的关键。解决含孔洞岩盐体的受力变形及失稳规律对岩盐路基的稳定性评价具有指导意义,并能根据该地区的实际情况提出有效的加固措施。但目前尚没有对含孔洞岩盐路基进行专门的研究。本课题尝试用无网格伽辽金法对含孔洞岩盐路基的稳定性进行分析。 无网格伽辽金法(EFGM)是一种新兴的数值计算方法,它基于滑动最小二乘近似,摆脱了有限元等传统数值计算方法节点和单元之间的约束,只需节点信息,而不需将节点连成单元,而且精度较高,后处理方便。 本文首先对无网格法在应力集中问题中的有效应用进行了充分验证,然后用无网格方法对含孔洞岩盐路基稳定性的平面问题进行研究,分别计算了含单个孔洞和两个孔洞的岩盐路基受力状况,对含孔洞岩盐路基在车辆荷载作用下的变形及稳定性进行定量计算,得出在车辆载荷作用下不同孔洞埋深相应的临界载荷,并分析了荷载大小、孔洞埋深、孔洞形状等因素对含孔洞岩盐路基稳定性的影响。最后对三维状态下的路基稳定性进行了定量计算,选用不同的稳定性判别准则进行判别,得出了相应的临界载荷曲线。 课题的研究成果将对解决盐湖地区公路地基稳定性的评价与加固措施具有重要实际应用价值。同时,本课题将无网格法用于含有孔洞的半平面及半空间体问题的计算,可对同类问题的解决提供参考;另外本文还对大量算例中无网格方法实现过程中的一些问题进行了经验总结及尝试,对无网格法的丰富和发展有一定贡献。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 关于岩盐路基稳定性的研究
• 1.3 关于无网格伽辽金法的研究
• 1.4 论文主要研究内容及研究意义
• 第二章 盐湖地区岩盐材料物理力学参数的确定
• 2.1 试样采集及制备
• 2.2 岩盐材料静态单、三轴试验
• 2.3 试验数据整理及试验结论
• 2.3.1 岩盐材料的应力应变特性
• 2.3.2 岩盐材料强度参数的确定
• 2.4 小结
• 第三章 无网格伽辽金法基本原理及其应用实例
• 3.1 无网格伽辽金法（EFGM）基本原理
• 3.1.1 EFGM二维问题基本原理
• 3.1.2 EFGM三维问题基本原理
• 3.2 无网格伽辽金法（EFGM）应用实例
• 3.2.1 悬臂梁受力问题
• 3.2.2 半平面体边界作用法向集中力
• 3.2.3 具有中心圆孔的无限大方板受均匀拉力作用
• 3.2.4 带有孔洞的半平面体边界作用法向集中力
• 3.3 小结
• 第四章 含孔洞岩盐路基稳定性的平面问题研究
• 4.1 含单个孔洞的岩盐路基稳定性研究
• 4.1.1 建立问题模型
• 4.1.2 用EFGM计算模型受力
• 4.1.3 圆形孔洞与椭圆形孔洞受力集中程度的比较
• 4.1.4 影响稳定性的因素分析
• 4.1.5 孔洞稳定性判别准则
• 4.1.6 稳定性判别及绘制临界载荷曲线
• 4.2 含两个圆形孔洞的岩盐路基稳定性研究
• 4.2.1 两孔中心在同一条竖向轴线上的情况
• 4.2.2 两孔中心在同一水平轴线上的情况
• 4.3 小结
• 第五章 含孔洞岩盐路基稳定性的空间问题研究
• 5.1 半空间体受集中载荷作用问题的计算
• 5.2 含孔洞岩盐路基稳定性的空间问题计算
• 5.3 空间问题稳定性判别
• 5.3.1 最大拉应力理论判别
• 5.3.2 格里菲斯（Griffith）破坏准则
• 5.4 小结
• 第六章 EFGM实现过程的几点经验与尝试
• 6.1 EFGM实现过程
• 6.1.1 基本实现步骤
• 6.1.2 程序实现中不同循环单元的选择
• 6.2 EFGM实现过程的几点经验
• 6.2.1 节点与积分点的布置
• 6.2.2 基函数、权函数及其参数选取
• 6.3 EFGM实现过程的几点尝试
• 6.3.1 引入LU分解
• 6.3.2 使用动态影响半径
• 6.4 小结
• 第七章 全文总结和展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表