土壤饱和模拟路堤在强烈地震弹性模量的影响

文摘

动态分析过程开始后在一些堤坝地震时失败。在这种背景下,最大位移被报道在波峰之间基于交互结构和水库。探讨短在软土路基的动态行为。为此,数值分析进行了使用ANSYS13程序基于有限元方法。由强烈地震模拟模型十分响亮,所以峰值地面加速度(PGA)和持续时间分别为0.65 g和5.02秒,分别。重点讨论的比较结果基于模量的平面应变分析饱和路堤和地基之间的比率。作为结论,模量比值在0.53和0.66之间有最小值的水平位移,在垂直方向相对位移和剪应力。因此,剪切应力增加而模量比降低。最后,为了避免更多的刚性路基软土,推荐最佳模量比为0.66,以减少身体裂缝在波峰的概率对均匀地震时的行为。

1。介绍

动态分析是路基设计的主要方面之一。教训,一些巨大的损害赔偿等不同类型的身体裂缝在地震记录。看来,一个特定的注意力来完成在这个领域的研究是岩土工程设计的一个主要问题。根据文献,深度评论这类证明1920年年初以来,直到1960年,pseudostatic方法是众所周知的。充分尊重这种技术,这种方法很简单,表示,为了表现不佳,一些因素如slope-forming和基础材料的性质。根据变形特征,滑块方法是完全纽马克提出的在1965年1]。等方法,提出了剪切梁法由部氏(2]。如上所述,gazeta [3),一种改进的非均匀剪切梁模型研究和得出结论,剪切模量是变量值在地球水坝或填石大坝和波峰的2/3深度的增加。估计路基的动力响应,提出的有限元方法被成功克劳夫et al。4)使用plan-strain分析(2 d)。在这项研究中,材料的建模是由线性弹性,均匀和各向同性。之后,这项研究是由其他研究人员使用有限元法和有限差分法来弥补一些因素诸如非线性、非弹性、非均匀、各向异性材料在动态负载下的行为。如上所述,Zeghal et al。5),提出了一种local-global有限元方法来确定地球水坝的非线性行为。明等。6]研究了完全耦合分析故障和修复较低的圣费尔南多大坝。大坝失败的重要原因是在本研究报告。在地震工程研究方面,计算机程序的快速发展直接导致了综合分析。例如,几个项目(7- - - - - -11)被广泛的用于路堤的动态分析。所提出Namdar et al。12),路堤行为的评估使用摇表和有限元方法研究了。良好的协议分析和物理建模是在这项研究中获得的。根据王的研究等。13),geotextile-reinforced土壤路堤体内使用离心机建模进行了研究,在地震和他们讨论了路堤的行为。根据朱et al。14)和Brinkgreve et al。15),二维地震稳定性的堤堤是可能使用PLAXIS程序基于有限元方法。毕竟,正如前面提到的,最大位移在地震期间在波峰,至于土壤放大,水坝和水库之间的相互作用。的动态行为对灵活性、弹性模量的主要作用是特色。本文试图评估材料性能的影响参数研究的基础上在饱和路基动态性能,以找到最好的模量比值饱和区和疏松砂岩的基础。

2。建模过程

这个过程包括等阶段引入程序,元素,边界条件,参数尺寸,材料特性、啮合,关键分,地震记录,如下所述。

2.1。介绍了ANSYS程序和元素

下这个项目的综合软件的有限元方法,和100000年女生行、相关计算机辅助工程(CAE)。事实上,这个程序是非常著名的,并有很强的能力来分析在不同工程的目的。在目前的研究中,“solid42”元素使用了路堤和地基。此外,“fluid79”申请水元素根据帮助菜单。元素都是推荐给计划应变(2 d)。事实上,横向应变模拟模型中假定为零。

2.2。边界条件

的边界条件的建模、水平方向的地震记录的基础模型对位移时间使用。对于这种情况,NAGAN记录加速时间转换为位移时间使用SISMOSOFT3程序。垂直位移假设零基础,与分步和地震持续时间为5.02秒(0.02秒)。两线垂直边界被零值限制在垂直方向,和0.01米的水平位移使用试错过程为了创建期间财产瞬态弹性波振动。

2.3。建模参数

表1介绍了模拟模型的尺寸参数研究。看到,路堤的高度是短,斜率是温和的为了满足边坡稳定。此外,波峰的宽度是5米压实和最低道路宽度。

图1说明了模拟模型的参数尺寸。如图所示,耦合了基岩地震记录。此外,根据水库水位,两部分,如饱和区(C)和非饱和区(D)中分离模型。另外,水箱位于右侧的模型,作为标记(E)。

2.4。材料特性

三个材料用于建模,例如水、地基和路堤。结构体与均匀的粘质土壤特征。基础材料柔软疏松砂岩饱和。帮助菜单建议建模不可压缩的水;水属性也在桌子上2。这个表介绍了物料性质在不同的区域使用坝体的三个属性。值得注意的是,使用各向同性双线性硬化模拟固体材料。此外,模型中使用的摩擦系数是为了建立不同材料之间的界面效应。材料特性的振幅在不同区域模型的参数研究是目前应用(16]。土壤的非线性行为利用使用一些因素,如密度、弹性模量、泊松比、屈服应力和切线模量。表2介绍了材料特性在不同的区域(A, B, C, D, E)。我们可以看到在这个表中,巨大的不可压缩弹性模量应用行为的水如前所述。

图2显示了土壤的非线性行为基于两个阶段。可以看出,线弹性L1和L2评估弹塑性和塑性条件,分别。行L1与线性性能对弹性模量、弹性应力根据0.2%应变,和泊松比。行L2与非线性行为与切线模量(弹塑性和塑料);两行显示双线性各向同性硬化。是注意到极限应力相比弹性应力的两倍。在这个图中,水平和垂直轴,分别应变和压力。

2.5。啮合和要点

根据图3,五个要点1 - 5被选择来评估现有的数据。他们都是在波峰和其他中间点的区域D C, a图4显示了常规啮合模型。为了使用这个网格界面之间的不同与相同的节点。

2.6。地震记录

在地震振动方面,所有的模型进行了基于使用Nagan地震时程分析。对于这种情况,PGA(峰值地面加速度)和持续时间,分别为0.65 g和5.02秒。ANSYS的输入数据,这个记录是转换为位移时间。转换,从伯克利大学SISMOSOFT3项目使用。图5转换后显示了Nagan地震位移时间。

如图所示,位移的最大值和最小值是16.5毫米和11毫米。在这个图中,横轴显示地震持续时间(分步等于0.02秒)。垂直轴还显示基于计测量单元的位移分布。

3所示。结果和分析

进行了基于数值分析的研究范围和研究方法如前所述。为了分析讨论后,位移等结果分布在两个方向上和剪切应力明显比较。首先,数字6和7显示材料在动载荷下的非线性行为的剪切应力和位移。图8显示了不同模型的剪切应力分布相同的关键点。观察到,这些因素在每次改变是积极的还是消极的位置。这意味着模型的瞬态分析显然是执行。数据6和7说明点4的剪切应力在模型1和1点1的水平位移模型,分别。

然而,这种趋势得到了地震时结构行为,如预期。这个角色是重复要点正如前面所介绍的。这种能力是最好的工程运用有限元软件Ansys对地震的目的。由于分类的结果,一个模量比()按照下列定义:

这个比例是弹性模量之间的简单关系的饱和路基,软土基础。图8显示了水平位移的分布模型。看到,在第一个模型位移小于在第二个模型中,对弹性模量增加。这个值是显著增加第三模型与其他模型。事实上,位移分布取决于模量比,和最大比率在强烈地震导致均匀的行为。因此,水平位移时可以减少系统局限于各向同性行为。最大位移是暴露在关键4,位于中间的饱和路基。在这种情况下,水相互作用的影响根据静压高度的1/3是非常重要的。模量比的提高增加了水平位移的基础。然而,最低水平位移出现在所有模型关键5。因此,在第一个模型获得了合适的比例来控制水平的动态位移短饱和路基。 Based on the displacement distribution in the vertical direction, the relative displacement for both edges of the crest can play main role for controlling body cracks. Figure9显示模型中的垂直位移。相比,相对位移的最大值和最小值,分别在第二个模型和第一个模型。看到,这个因素是降低模量比增加时。这个比例的减少导致了增加灵活性和结算。值得注意的是,最大水平位移发生在峰值模型,数值结果之间有良好的协议和案例研究在文献中报道。

图10说明机体裂纹发生在峰值期间的相对位移振动(17]。因此,第一个模型表示适当的方面来控制垂直短饱和路基的动态位移。此外,裂缝和损坏的预测需要非线性动态分析(17]。上面的讨论后,剪切应力分布模型如图11。

最大剪应力是放置在中间的基础。剪切应力增加,而模量比值下降。透露,强调基础是四倍的模型与其他模型。总之,结构行为表示合适的模量比等于0.66。如前所述,第一个模型也是最好的位置,以减少相对位移。最后,模量比等于0.66表示灵活的行为基础时放置在宽松的软土。

4所示。结论

在这项研究中,短饱和路基是评估在强烈地震时耦合通过基础松散的沙子。饱和路堤和地基之间的模量比显示的主要角色选择最佳的性能。根据比较的结果,两个方向的位移和剪应力使用ANSYS程序模拟模型的一些要点,适当的模量比为0.66。最后,良好之间的协议是显示基于数值分析的结果根据文献和案例研究。更试图找到这个比例高路堤是最好的建议在未来调查。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项研究是由马来西亚各种大学的国际博士奖学金的支持,非常感谢。

引用

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