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移动荷载作用下土工合成材料加筋路堤性能的数值分析
Numerical analysis of geosynthetic-reinforced embankment performance under moving loads
1. 主要摘要
本文利用有限元软件ABAQUS建立了一个三维数值模型，分析了移动荷载作用下加筋路堤的动态性能。通过Fortran子程序模拟移动荷载的幅度、范围和速度，路堤填料采用等效线性黏弹性模型，土工格栅和土工单元分别采用桁架单元和膜单元。研究验证了该数值模型的有效性，分析了移动荷载作用下加筋路堤结构层中的动态应力和应变分布，并进行了参数研究，探讨了不同加筋材料、超载及移动荷载速度对路堤性能的影响。
2. 引言
土工合成材料加筋路堤系统在地基处理和高速公路工程中应用广泛，尤其在要求快速施工和小沉降的工程中受到青睐。以往的研究主要集中在静态荷载下的路堤性能，而对移动荷载的研究较少。本文旨在通过数值模拟，研究移动荷载作用下土工合成材料加筋路堤的动态响应，解决以往研究中未能考虑的边界和时间滞后效应。
3. 主要内容
1.数值模型的建立：建立了一个三维数值模型模拟移动荷载作用下的土工合成材料加筋路堤，模型中的地基采用了黏弹性材料模拟，路堤填料使用等效线性黏弹性模型。土工格栅采用桁架单元模拟，土工单元采用膜单元。边界条件设定为底部固定，模型远端使用无限元来减少边界效应。
2.移动荷载的模拟：移动荷载通过Fortran子程序进行模拟，荷载大小为100 kN，模拟的车辆速度为108 km/h。考虑了车辆与路面的接触形状为矩形，荷载范围为0.2米×0.1米。
3.动态应力与应变分析：研究表明，在移动荷载作用下，路堤结构层的应力和应变主要集中在荷载作用区域附近，且在纵向上形成锥形传播，最大位移约为7.15毫米。随着荷载移动，路堤表层的应力和应变分布随之发生变化。
4.参数研究：加筋材料类型：比较了土工格栅和土工单元的性能，结果表明，使用土工单元能够显著减少路堤结构层的变形，提高应力分布的均匀性。
超载影响：当车辆超载时，路堤的应力和变形随之显著增加，特别是超载50%以上时，变形和应力急剧上升。
车辆速度的影响：随着车辆速度的增加，路堤结构层的垂直应变和应力也随之增加，特别是在速度超过120 km/h时，变形增长更加显著。
4. 主要结论
本文通过数值模拟研究了土工合成材料加筋路堤在移动荷载下的动态性能。研究结果表明，土工单元相比土工格栅在减小路堤变形和改善应力分布方面效果更好；超载和高速度会显著增加路堤的应力和变形，因此需要在道路设计中限制超载和控制车辆速度。本研究为加筋路堤设计提供了参考，并为移动荷载下的路堤性能分析提供了数值工具。
5. 主要结果图
6. 参考文献
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM模拟分析水力压裂工程中的两相流动问题
一区TOP期刊《Separation and Purification Tech》—新型非对称双室电化学反应器的设计与性能评估
一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal 》—COMSOL模拟冲击波电渗析过程中的关键参数
一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal 》—PBI膜的形态调控及其在锂金属电池中的性能提升
一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal 》—COMSOL模拟煤泥微波加热过程
一区TOP期刊《Energy》—CFD-DEM耦合模拟颗粒高速自旋和热传递的规律
一区TOP期刊《Energy》—ANSYS与COMSOL电磁-热耦合模型对比分析
一区TOP期刊《Computers and Geotechnics》— 三维耦合MPM模拟隧道面在水力-机械作用下的坍塌机制
一区TOP期刊《Energy》— COMSOL模拟考虑沉积压缩效应的天然气水合物降压开采储层物理和力学特性的演变
一区TOP期刊《Energy》— VOF-DEM耦合模拟气-液-固多相流混合过程中的传质
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM模拟颗粒在页岩孔隙中堵塞问题
一区TOP期刊《Energy》— 高剪切流动的 CFD-DEM 数值模拟方法
一区TOP期刊《Energy》— 超临界 CO2热泵系统扁管气体冷却器结构分析与优化
