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《天津大学》 2005年
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可变形离散元法及其在地下工程中的应用

鲍鹏  
【摘要】: 随着地下空间开发和地下结构建设规模的不断加大,地下结构的抗震设计及其安全性评价的重要性、迫切性愈来愈明显。本文结合天津地铁1号线工程,针对地铁区间隧道结构和地铁车站结构的抗震问题,提出了基于可变形体模型的离散元法和相应的人工粘滞边界以及与无限元耦合的方法。对地铁区间隧道结构在人工地震波作用下的动力反应进行了分析计算,为地铁区间隧道结构设计及抗震设防提供依据;对天津地铁1号线土城车站结构进行了动力分析计算。得出了地铁车站框架结构在不同地震波作用下的地震反应。本文利用可变形体模型的离散元方法,分析了刚性桩复合地基桩土共同作用的承载机理。本文的主要工作如下: 1.基于变形体动力学原理,建立了新的可变形块体单元模型。根据离散元法原理,采用边-边接触关系及动态松弛法,推导出其理论公式并编制了计算程序。通过选取适当的计算参数对典型算例进行分析计算,得到了静力平面问题的应力、位移分布及静态解的收敛过程,验证了计算程序和计算参数选取的正确性。证明了该方法用于岩土工程静力计算的可行性。 2.利用可变形体单元模型的离散元法,针对地铁区间隧道结构的震害特点,求出了地下结构在人工地震波作用下的动力反应,为地铁区间隧道结构设计及抗震设防提供依据。 3.推导出无限元相应的理论公式并实现在边界上与离散元的耦合。采用近场土体由离散元模拟,远场土体由无限元模拟,进行土-地下结构相互作用分析。由静力问题的收敛性,验证了计算程序和计算参数选取的正确性,给出了地下结构在地震波作用下的位移反应。 4.依据可变形体模型的离散元方法,对刚性桩复合地基的竖向承载能力以及桩土共同作用过程中桩、土承担荷载比例的变化规律进行了计算分析,揭示了刚性桩复合地基桩土共同作用的承载机理。 5.针对天津地铁1号线土城车站实际工程,使用可变形离散元法对地下结构-土动力相互作用系统进行了分析计算。得出了地铁车站框架结构在天津波、人工波(中震)及人工波(小震)作用下的地震反应(动内力、动位移)。分析了地震反应可能对地铁车站造成的破坏,对地铁车站的结构设计提出了指导性意见。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TU93

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