岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 284-301.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1822

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铁路路基动力响应的2.5D有限元方法研究现状及展望

王瑞,胡志平   

  1. 长安大学 建筑工程学院,陕西 西安 710061
  • 收稿日期:2022-11-22 接受日期:2023-01-16 出版日期:2024-01-10 发布日期:2024-01-17
  • 通讯作者: 胡志平,男,1973年生,博士,教授,主要从事路基工程及地下空间防灾方面的研究工作。E-mail: huzhping@chd.edu.cn E-mail:wangrui@chd.edu.cn
  • 作者简介:王瑞,男,1992年生,博士,讲师,主要从事铁路路基动力响应及地下空间防灾方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.42077248);陕西省自然科学基础研究计划(No.2022JQ-435);陕西省城市地质与地下空间工程技术研究中心开放课题(No.2022KT-02)。

Current situation and prospects of 2.5D finite element method for the analysis of dynamic response of railway subgrade

WANG Rui, HU Zhi-ping   

  1. School of Civil Engineering, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi 710061, China
  • Received:2022-11-22 Accepted:2023-01-16 Online:2024-01-10 Published:2024-01-17
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (42077248), the Natural Science Foundation of Shaanxi Province(2022JQ-435) and the Open Research of Urban Geology and Underground Space Engineering Technology Research Center of Shaanxi Province (2022KT-02).

摘要: 作为一种频域计算方法,2.5D有限元具备计算效率高、内存占用小等优势,同时也存在诸多局限。经过20余年的发展,2.5D有限元方法已经具备了描述复杂土体本构关系和复杂路基几何特征条件下铁路路基动力响应的能力。荷载输入方法、建模策略和波动吸收边界的持续优化使得2.5D有限元方法的精度不断提高,二维插值方法则为进一步提升计算效率提供了思路。目前,2.5D有限元已经成为铁路路基动力响应研究中的常用方法。为了理清铁路路基动力响应2.5D有限元方法的发展脉络,分别从荷载输入、路基系统、响应输出和计算精度及效率的提升方面总结了其发展现状,介绍了2.5D有限元在发展过程中遇到的瓶颈问题及解决对策。在此基础上,针对算法的精度和效率、研究的对象和内容进行了进一步的讨论和展望。

关键词: 2.5D有限元方法, 铁路路基, 动力响应, 建模, 吸收边界, 二维插值

Abstract: The 2.5D finite element method is a frequency-domain method that offers advantages such as high computing efficiency and low memory consumption. Over the past two decades, continuous improvements have been made to this method, enabling it to accurately describe the dynamic response of railway subgrades by considering complex soil constitutive relationships and geometric characteristics. Through advancements in load input methods, modeling strategies, and wave absorption boundaries, the accuracy of the 2.5D finite element method has been steadily improved. The 2D interpolation method has also been employed to enhance computational efficiency for random dynamic responses of subgrades. As a result, the 2.5D finite element method has become a commonly used approach in the study of dynamic responses of railway subgrades. To provide a comprehensive understanding of the development of the 2.5D finite element method in researching the dynamic response of railway subgrades, this paper summarizes the current development status from various perspectives, including load input, subgrade system, response output, and improvements in calculation accuracy and efficiency. The paper also addresses bottleneck problems and proposes corresponding solutions. Based on these findings, further discussions and prospects are presented regarding the algorithm’s accuracy and efficiency, as well as the research objectives and content. This paper serves as a valuable reference for future research endeavors, offering insights into the advancements of the 2.5D finite element method in studying the dynamic response of railway subgrades.

Key words: 2.5D finite element method, railway subgrade, dynamic response, modeling, absorbing boundary, 2D interpolation

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