一种地裂缝危害模拟方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种地裂缝活动对高铁路基危害的分析方法及装置，属于地质灾害分析领域。所述方法包括：模拟土工格栅的膜效应，鉴定所述土工格栅和周边碎石之间的强度关系；判断砼板和周边土体之间的张开和挤压，并确定其强度大小；模拟所述砼板下部的CFG桩和桩间土分别承担上部荷载的大小。本发明通过考虑轨道、基床、土工格栅和CFG复合地基等材料的不同，基于Flac3D的数值模拟计算不同材料所对应的模型，提高了模拟地裂缝活动对高铁路基危害的精确度，并考虑了地裂缝活动所遇到的砼板底部脱空等难题。
【专利说明】一种地裂缝危害模拟方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及地质灾害分析领域，特别涉及一种地裂缝活动对高铁路基危害的方法及装置。
【背景技术】
[0002]地裂缝是地表岩、土体在自然或人为因素作用下，产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度的裂缝的一种地质现象，当这种现象发生在有人类活动的地区时，便可成为一种地质灾害。地裂缝的形成是指强烈地震时因地下断层错动使岩层发生位移或错动，并在地面上形成断裂，其走向和地下断裂带一致，规模大，常呈带状分布，尤其对火车的运行有很大影响。
[0003]FLAC3D是二维的有限差分程序FLAC2D的拓展，能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。通过调整三维网格中的多面体单元来拟合实际的结构。单元材料可采用线性或非线性本构模型，在外力作用下，当材料发生屈服流动后，网格能够相应发生变形和移动(大变形模式)。FLAC3D采用了显式拉格朗日算法和混合-离散分区技术，能够非常准确地模拟材料的塑性破坏和动。该软件对地裂缝活动的模拟效果误差较小。
[0004]现有技术中对地裂缝活动的分析中没有考虑轨道、基床、土工格栅和CFG复合地基的材料不同，对模拟出的地裂缝活动误差较大。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中在模拟地裂缝活动中没有考虑轨道、基床、土工格栅和CFG复合地基的材料区别，导致模拟结果误差较大的问题。
[0006]一种地裂缝危害模拟方法，所述方法包括:
[0007]模拟土工格栅的膜效应，鉴定所述土工格栅和周边碎石之间的强度关系；
[0008]判断砼板和周边土体之间的张开和挤压，并确定其强度大小；
[0009]模拟所述砼板下部的CFG桩和桩间土分别承担上部荷载的大小。
[0010]本发明还提供了一种地裂缝危害模拟装置，所述装置包括:
[0011]土工格栅模拟模块，用于模拟土工格栅的膜效应，鉴定所述土工格栅和周边碎石之间的强度关系；
[0012]砼板模拟模块，用于判断砼板和周边土体之间的张开和挤压，并确定其强度大小;
[0013]CFG桩模拟模块，用于模拟所述砼板下部的CFG桩和桩间土分别承担上部荷载的大小。
[0014]本发明通过考虑轨道、基床、土工格栅和CFG复合地基等材料的不同，基于Flac3D的数值模拟计算不同材料所对应的模型，提高了模拟地裂缝活动的精确度，并考虑了地裂缝活动所遇到的砼板底部脱空等难题。【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例提供的地裂缝危害模拟方法的流程图；
[0016]图2是本发明实施例提供的地裂缝危害模拟装置的结构图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]图1示出了本发明实施例提供的地裂缝危害模拟方法的流程，详述如下:
[0019]在步骤SlOl中，模拟土工格栅的膜效应，鉴定土工格栅和周边碎石之间的强度关系;
[0020]土工格栅是一种柔性材料，其只能承受拉力不存在弯矩。Flac3D中有专门针对土工织物这一类的材料开发的单元，可以很好的模拟土工织物的膜效应，而且土工格栅和周边碎石之间的强度准则符合摩尔-库伦准则。
[0021 ] 在本发明的实施例中，土工格栅在路堤基床起加筋作用，提高碎石的承载力和稳定性。
[0022]在步骤S102中，判断砼板和周边土体之间的张开和挤压，并确定其强度大小；
[0023]在本发明的实施例中，判断砼板和周边土体之间的张开和挤压的方法为通过砼板和周边土体之间的力学参数确定。
[0024]由于地裂缝的错动导致上盘土体下沉，砼板周边土体势必在某些区域和砼板分离脱空。而数值模拟中如不特别处理该类问题，就会造成上盘土体下沉连带下拉砼板下沉。对于该问题的处理，这里采用在砼板和周边土体之间增加力学参数模拟土体和结构物之间的张开和挤压。
[0025]作为本发明的一个优选实施例，力学参数还可用于模拟粘结界面、粘结滑移及库仑滑动。
[0026]砼板介于路基和路堤基床之间，保证路基基床及上部结构的整体性、安全性。而且砼板与下部路基是柔性接触，这样能保证在下部变形较大的情况下，砼板受力较小，保证了上部的安全性。
[0027]在步骤S103中，模拟砼板下部的CFG桩和桩间土分别承担上部荷载的大小。
[0028]CFG桩属于柔性桩，CFG复合地基的机理是充分调动桩间土和桩共同承担荷载。
[0029]CFG桩是复合地基，是高铁路基的最下部，是一种地基处理方案。可用于铁路、公路、工民建等工程中，起路基加固的作用。
[0030]在本发明的实施例中，CFG粧和土工格棚是提闻路基的承载力和稳定性，5全板是提高其上部的整体性和稳定性。
[0031]图2示出了本发明实施例提供的地裂缝危害模拟装置的结构，详述如下:
[0032]土工格栅模拟模块21用于模拟土工格栅的膜效应，鉴定所述土工格栅和周边碎石之间的强度关系。
[0033]砼板模拟模块22用于判断砼板和周边土体之间的张开和挤压，并确定其强度大小。
[0034]在本发明的实施例中，判断砼板和周边土体之间的张开和挤压的方法为在砼板和周围土体之间添设一用以模拟土体和砼板之间张开和挤压的接触单元，通过砼板和周边土体之间的力学参数确定。
[0035]在本发明的实施例中，接触单元没有厚度。
[0036]地裂缝是具有一定张开量并且缝隙中充填多种颗粒的狭长裂隙。当上盘下沉时，沿着地裂缝滑动，必然会对裂隙中的颗粒剪切、挤压，并且造成上、下盘互相嵌入或者脱空。为了模拟这一力学过程，需要引入接触面。本发明采用Flac3D中模拟接触单元，有着很好的力学特性。
[0037]作为本发明的优选实施例，接触单元可用于模拟粘结界面、粘结滑移及库仑滑动。
[0038]CFG桩模拟模块23用于模拟砼板下部的CFG桩和桩间土分别承担上部荷载的大小。
[0039]本发明实施例通过考虑轨道、基床、土工格栅和CFG复合地基等材料的不同，基于Flac3D的数值模拟计算不同材料所对应的模型，提高了模拟地裂缝活动的精确度，并考虑了地裂缝活动所遇到的砼板底部脱空等难题。
[0040]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种地裂缝危害模拟方法，其特征在于，所述方法包括: 模拟土工格栅的膜效应，鉴定所述土工格栅和周边碎石之间的强度关系； 判断砼板和周边土体之间的张开和挤压，并确定其强度大小； 模拟所述砼板下部的CFG桩和桩间土分别承担上部荷载的大小。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断砼板和周边土体之间的张开和挤压的方法为通过砼板和周边土体之间的力学参数确定。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述力学参数可用于模拟粘结界面、粘结滑移及库仑滑动。
4.一种地裂缝危害模拟装置，其特征在于，所述装置包括: 土工格栅模拟模块，用于模拟土工格栅的膜效应，鉴定所述土工格栅和周边碎石之间的强度关系； 砼板模拟模块，用于判断砼板和周边土体之间的张开和挤压，并确定其强度大小； CFG桩模拟模块，用于模拟所述砼板下部的CFG桩和桩间土分别承担上部荷载的大小。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述判断砼板和周边土体之间的张开和挤压的方法为在砼板和周围土体之间添设一用以模拟土体和砼板之间张开和挤压的接触单元，通过砼板和周边土体之间的力学参数确定。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述接触单元没有厚度。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述接触单元可用于模拟粘结界面、粘结滑移及库仑滑动。
【文档编号】E02D33/00GK103510550SQ201310374382
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】彭建兵, 黄强兵, 刘聪, 吴明, 苑艺, 王德志 申请人:长安大学