地震救援过程中坍塌物刚散耦合稳定性研究

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由于受到太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压作用,我国的地震断裂带十分发育,很多破坏性地震给当地人民群众造成严重的人员伤亡及财产损失,其中建筑物的倒塌破坏是造成人员伤亡的主要原因。砌体结构作为我国一种主要的建筑结构形式,在历次地震中破坏最为严重,救援时所遇困难较多,救援难度较大。为了最大限度的降低人员及财产损失,提高救援效率及救援成功率,针对地震救援过程的研究显得尤为重要。利用原地实验或比例模型对地震救援过程进行模拟是一种经典的仿真方法,但这些方法需要耗费大量的人力、物力和财力,针对各种不同情况难以进行多次试验,因此,本文采用离散元软件PFC3D进行地震救援过程的模拟仿真,主要进行了以下工作:(1)全面研究了离散元软件PFC3D的应用现状与基本思想,针对性地分析了平行粘结模型及刚散耦合的机理。通过查阅大量砌体结构房屋震害资料,较全面论述了砌体结构震害特征,为建立砌体结构模型和进行刚散耦合模拟做好准备。(2)采用离散元软件PFC3D建立一两层三榀砌体结构房屋模型,模拟砌体结构在地震作用下的多种震害,与实际震害进行对比,分析该震害下的救援难度,验证PFC3D模拟砌体结构震害的能力;根据挖掘机挖斗实际尺寸建立刚性挖斗模型,为后续地震救援研究打下良好基础。(3)将刚性挖斗作用于散体坍塌物上,实现刚散耦合,模拟动态挖掘过程,分析刚散耦合过程中力、速度、位移变化规律,研究坍塌物在挖斗作用下的稳定性,总结救援过程中应注意的共性问题,对不同坍塌部位挖掘过程中的危险性进行简要评估,获得救援合理施工顺序。本文应用三维离散元软件PFC3D成功模拟散体地震坍塌物和刚体挖斗模型,较好实现了刚散耦合过程,可为安全、高效实施地震救援提供参考,具有较强的前瞻性。
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