车辆荷载作用下路堤高度对高速公路软基沉降的影响分析

基于车辆荷载的特点和我国车辆普遍超载的现状,采用将车辆荷载简化为静荷载的拟静力计算方法,以4个工程实例分析了路堤高度对由车辆荷载引起的高速公路软土地基沉降的影响。研究结果表明,由车辆荷载引起的软土地基沉降量随路堤高度的降低呈指数关系增大,增加路堤的高度是减小该沉降量的有效方法。在某一路堤高度范围内,高速公路可能存在一个最佳路堤高度,低于或高于这个最佳路堤高度,由车辆荷载引起的地基沉降量都大于最佳路堤高度下的地基沉降量,这个最佳路堤高度存在与否以及其具体高度与车辆荷载大小和地基土的性质有关。     

高铁荷载下桩承式路基动力响应及土拱效应研究

土拱效应的作用机制是桩承式路堤荷载传递的关键性技术问题,然而高铁荷载作用下桩承式路堤中土拱效应的研究尚不充分。基于高铁设计规范的相关内容,建立了高铁荷载作用下桩承式路堤三维有限元分析模型,并采用已有研究结论验证了数值模型的正确性。根据该数值分析模型,首先分析了高铁荷载作用下路基的动力响应,研究了高铁荷载作用下道床和路堤不同位置处的竖向位移随时间的变化规律,以及路基中速度与加速度沿深度的分布规律。研究发现：道床和路堤表面处的竖向位移随时间变化呈倒“M”型周期变化,而路堤底部处呈“V”型周期变化;速度与加速度在路基深度范围内衰减了80%。通过变化桩间距、路堤高度以及路堤材料参数,分析其对高铁荷载作用下路堤应力和沉降发展规律的影响,进而分析其对土拱效应的影响。研究结果表明：动载作用下土拱效应依然存在,但有所减弱,动载峰值作用下减弱程度最大,谷值情况下有所恢复;桩间距和路堤高度对高铁荷载作用下桩承式路堤中土拱效应的影响较为明显,而路堤填料内摩擦角和剪胀角的影响则相对较小。     

道路行车荷载影响深度分析

提出了黏弹性边界单元有限元模型,用以研究行车荷载在道路中的有效传播深度。通过与Lamb问题的解析解及连盐高速公路实测结果对比分析,验证了数值模型用于研究车辆荷载在道路中引起的动响应具有很好的精度。应用该方法探讨了行车速度、道路各结构层的回弹模量对动响应沿道路深度变化的影响。研究表明,用附加动应力大小作为行车荷载有效传播深度的控制标准不足以反映车辆荷载对道路沉降的影响。尤其对建于软土地基上的道路,建议以竖向动应变作为界定车辆荷载影响深度的控制标准为宜。分析表明,软土地基中行车荷载引起的动响应的影响深度一般在6～10 m范围内,这对地基的设计处理和道路工后沉降的控制具有重要参考意义。     

预应力锚索桩板墙动态响应规律研究

随着公路交通流量增加及超载车辆增多,交通荷载对支挡结构的受力变形特性影响越来越大。通过FLAC3D软件建立预应力锚索桩板墙空间分析模型,并与现场动应变测试结果进行比较,探讨了交通荷载作用下挡墙的受力变形机制。结果表明：交通荷载在路基与挡墙中所反映的影响深度大致都为2 m左右,正常情况下（重型汽车满载、行驶在行车道上）作用在预应力锚索桩板墙上的动土压力大约为该处挡墙静止土压力的10 %。     

动荷载下桩承式路堤的承载特性及机制研究

对于桩承式路堤作用效应的研究目前主要侧重于对静荷载作用下桩土应力比和土拱效应等,较少考虑动荷载的影响,而车辆运行产生的动应力会对路堤中的土拱产生一定的影响,进而影响桩承式路堤的整体性能。为了分析静、动荷载作用下桩承式加筋路堤的性能变化,采用可视化模型试验和颗粒流数值模拟相结合的方法,对桩承式路堤在静载和动载下的应力传递和变形性状进行研究,分析动载作用下填土高度、桩帽、桩距、加筋形式、荷载频率的影响。试验结果表明,在动载下无筋路堤的桩顶的应力减小,而桩间的应力和位移增大,并且变化的幅度均比加筋路堤大,加筋材料的设置有利于减小动载的影响效应,但不同加筋形式下桩承式路堤的工作性状有所不同,受动载影响程度的大小主要与土拱效应的强弱有关。设置双层加筋时,因加筋材料与周围砂土形成半刚性平台,土拱效应减弱,故受动载影响的程度最小,单层加筋时,格栅设于桩顶上方10 cm比格栅置于桩顶受动载影响的程度明显减小,颗粒流的模拟结果验证了以上结果,并且进一步得出随荷载频率的增加、填土高度与桩净距的减小,动载的影响效应增大的结论。     

地震荷载下风积沙路堤动力响应规律

为了研究风积沙路堤在地震动荷载下的动力响应规律,设计和制作了模型路堤并进行振动台试验,通过对模型中埋设的多个加速度传感器和位移传感器记录的数据进行分析,得出风积沙路堤模型在动荷载作用下的动力响应规律。得出如下结论:模型路堤对输入的地震波具有明显的放大作用,加速度反应放大系数PGA随着竖直高度的增加显著增大;在路堤内同一高度沿水平坐标的增大放大效应变化不明显或稍有增加;当控制地震波波形和强度相同时,边坡坡率越大PGA放大效应越明显;另外,风积沙路堤的阻尼比、自震频率、动模量等参数随着动荷载作用历史的变化而变化,从而进一步影响风积沙路堤加速度响应的频谱特性。研究风积沙路堤在动荷载作用下的动力响应,可以为沙漠地区高填方路堤抗震设计提供技术支持。     

车辆载重与动荷载对X形桩桩-网复合地基动力特性影响的试验研究

基于大比例模型试验,采用半正弦波模拟移动车辆荷载,通过开展不同车辆载重和动荷载作用下X形桩桩-网复合地基的动力特性模型试验,分析桩身动应力、土拱效应、动土压力、垫层应力传递系数、格栅动应变等的变化规律,初步揭示了车辆载重和动荷载对X形桩桩-网复合地基的影响机制。试验结果表明,车辆动荷载对X形桩桩身动应力的影响深度约为2 m;车辆载重和动荷载的增加会导致桩间土承受更多的动应力,并且会降低路肩处土工格栅的作用;但是,路基中心的垫层应力传递系数几乎保持不变;土工格栅的动应变比超过0.048时,格栅累积变形会随着车辆载重和动荷载的增加迅速增大。     

车辆载重与动荷载对X形桩桩-网复合地基动力特性影响的试验研究

基于大比例模型试验,采用半正弦波模拟移动车辆荷载,通过开展不同车辆载重和动荷载作用下X形桩桩-网复合地基的动力特性模型试验,分析桩身动应力、土拱效应、动土压力、垫层应力传递系数、格栅动应变等的变化规律,初步揭示了车辆载重和动荷载对X形桩桩-网复合地基的影响机制。试验结果表明,车辆动荷载对X形桩桩身动应力的影响深度约为2 m;车辆载重和动荷载的增加会导致桩间土承受更多的动应力,并且会降低路肩处土工格栅的作用;但是,路基中心的垫层应力传递系数几乎保持不变;土工格栅的动应变比超过0.048时,格栅累积变形会随着车辆载重和动荷载的增加迅速增大。     

车辆载重与动荷载对X形桩桩-网复合地基动力特性影响的试验研究

基于大比例模型试验,采用半正弦波模拟移动车辆荷载,通过开展不同车辆载重和动荷载作用下X形桩桩-网复合地基的动力特性模型试验,分析桩身动应力、土拱效应、动土压力、垫层应力传递系数、格栅动应变等的变化规律,初步揭示了车辆载重和动荷载对X形桩桩-网复合地基的影响机制。试验结果表明,车辆动荷载对X形桩桩身动应力的影响深度约为2 m;车辆载重和动荷载的增加会导致桩间土承受更多的动应力,并且会降低路肩处土工格栅的作用;但是,路基中心的垫层应力传递系数几乎保持不变;土工格栅的动应变比超过0.048时,格栅累积变形会随着车辆载重和动荷载的增加迅速增大。     

斜坡路基边坡中路堤位移及应力影响参数研究

采用ANSYS有限元分析软件建立斜坡路基边坡有限元数值模型,分析了不同路堤边坡坡度、地基坡度、路堤高度及路基宽度对路堤位移和应力的影响规律,研究表明:1)斜坡路堤边坡坡度的变化对路堤位移及应力影响较小,建议路堤边坡坡度在1:13-1:1.7范围选取;2)随着斜坡地基坡度的增大,路堤位移及剪应力均呈现先增大后减小趋势,建议斜坡地基坡度不超过1:4.5为最佳;3)随着斜坡路堤高度的增大,路堤的位移逐渐增大,最大剪应力先减小后增大,建议实际施工中路堤高度可选取18.22m;4)斜坡路堤的位移及应力均随着路基宽度的增大而增大,实际工程中建议路基宽度不超过20m最为理想。     

多年冻土区道路边坡热状况差异对多年冻土融化形态的影响

用数值方法模拟了在气候持续以0.02℃·a^-1速度增温下,50 a运营年限内不同走向路基的融化形态可能发生的变化趋势.计算了在砂砾路面和沥青路面下,不同高度(0~5.0 m)及不同走向(东西、东北-西南、南北、对称)路基的融化形态.结果表明:非对称热边界路基与对称热边界路基的融化形态差异很大.在呈阴阳坡的路基中,砂砾路面和沥青路面下:1)最大融化深度位置与运营时间关系不大,与路基高度、线路走向及路面类型关系密切,且最大融化深度偏离路基中线的距离与路基高度呈线性关系;2)最大融化深度与运营时间、路基高度、路面类型关系比较密切.路基较低时,最大融化深度与路基走向关系不大.路基较高时,最大融化深度与线路走向关系密切,且随着路基高度的增加、气候变暖及增温速率的增大而加剧;3)同一路基高度和线路走向下,砂砾路面的最大融化深度偏离路基中线的距离大于沥青路面的,沥青路面的最大融化深度大于砂砾路面的.相对于砂砾路面,沥青路面在一定程度上部分的抵消了阴阳坡效应,但加剧了路基下最大融化深度.     

路堤荷载下刚性桩复合地基桩侧负摩阻力分析研究

分析了路堤荷载下刚性桩复合地基中负摩阻力问题,对土体沉降采用Terzaghi一维固结理论,在假设桩及桩周土体变形规律的基础上得到了桩体轴力和变形的计算公式,与一个工程实例的测试结果具有良好的一致性;并讨论了负摩阻力随各种因素变化的影响规律。     

多年冻土地区砂砾路面路堤临界高度数值分析

In permafrost regions of Qinghai-Tibetan Plateau, the critical embankment height must be considered in the process of the construction of highway, especially for the global climatic warming. In this paper, the two-dimensional numerical analysis for the critical embankment height (for gravel road surface and coarse-grained soil) has been performed by using thefinite element method. In the calculation, we think that the service life of the construction is at least 50 years. The mean annual air temperatures applied to the calculation model are -6.5 ℃, -6.0 ℃, -5.5 ℃, -5.0 ℃, -4.5 ℃ and -4.0 ℃, respectively, and the value of temperature rise are taken as 1.10℃ in the coming 50 years. The minimum embankment heights derived from the analysis are 0.85 m, 0.92 m, 1.01 m, 1.18 m, 1.60 m and 2.66 m for the different mean annual air temperatures and the maximum embankment heights are 7.68 m,7.55 m, 7.34 m, 7.00 m, 6.45 m and 5.85m, accordingly. On condition that the service life of embankment is 50 years, the critical value of the mean annual air temperature is -3.5 ℃. Namely, in the areas where the mean annual air temperature is higher than -3.5 ℃, the critical embankment height does not exist.     

Study on the Reasonable Height of Embankment in Qinghai–Tibet Highway

A reasonable height of embankment is beneficial for maintaining the thermal and mechanical stability of highway in cold regions. This paper firstly introduced theoretical models for two main sources of settlement, including an improved consolidation theory for thawing permafrost and a simple rheological element based creep model for warm frozen soils. A modified numerical method for living calculating thaw consolidation and creep in corresponding domains and for post-processing the proportion of each source in total settlement based on the effective thaw consolidation time. Two typical geological sections underlain by warm permafrost layer were selected from the Qinghai–Tibet highway. The heat transfer and continuing settlement for two sections were modeled by assuming that the height of embankment ranges from 0 to 6.0 m. The reasonable critical height for two sections are 1.63 and 1.35 m, respectively, by comparing maximum thawing depth, mean annual temperature and settlement in the roadbed center. For two sections with design height of embankment, the proportions of thaw consolidation and creep to the total settlement were analyzed. For sections at higher ground temperature, thaw consolidation accounts for a major part while thaw consolidation of section L is a little larger than that of creep.     

Field Test Research on Embankment Supported by Plastic Tube Cast-in-place Concrete Piles

The plastic tube cast-in-place concrete pile (TC pile) with a small diameter consists of pre-driven plastic tube filled with concrete. Based on the case of TC pile-reinforced embankment on soft ground, and according to the monitoring data of the TC pile-reinforced embankment system, the treatment effect and reinforcement characteristics for this system were analyzed. The field monitoring results indicates that the critical height of embankment is about 1.1 times the pile net spacing, and the small-spacing arranged TC piles can be applied to low embankment engineering; the load share rate can reflect the degree of soil arching more better and steadily and exceeds 70 % at the end of monitoring period; the settlements of pile cap and soil between piles mainly occurs in the embankment construction period; the different settlement between pile cap and soil approaches the maximum and then reduces gradually when the embankment height is about 2.2 times the pile net spacing. The variation of layered settlement and pore water pressure illustrates that the embankment settlement is mainly caused by the compression of soils within pile length, which is about 90 % of the total settlement; the influence depth of pore water pressure is about 1/3 pile length.     

不同压实度铁路路堤边坡地震响应振动台试验研究

为研究和对比不同压实度铁路路堤边坡的地震响应,设计了路堤本体压实度分别为95%、91%、87%和83%的4组路堤边坡模型,开展了不同压实度路堤边坡的振动台试验研究。通过穿插进行白噪声激励得到不同压实度路堤边坡的动力特性参数;通过施加不同类型和不同强度的地震动激励,研究不同压实度路堤边坡加速度放大倍数分布规律及其影响因素。结果表明,随着地震动激励次数的增多,路堤边坡自振频率下降,阻尼比增大,压实度对路堤边坡动力特性变化影响显著;加速度放大倍数沿路堤边坡高度呈非线性增大,加速度放大倍数随地震动激励强度增大而减小;台面输入的地震波经路堤边坡传播后,其频谱特性发生了明显的变化,不同压实度路堤边坡对地震波频谱特性的影响不同;不同地震动激励下不同压实度路堤边坡的加速度放大倍数分布情况有所差异,这与地震动频谱特性和路堤边坡动力特性参数有关     

季冻区低路堤土基强度与影响因素相关性

对吉林省高等级低路堤公路填土高度与最大冻深进行了调研,该地区低路堤填土高度为0.0~2.2 m,钻孔数据表明路基最大冻深为距路表1.6~2.4 m。选取3种不同塑性指数的路基土,采用正交表L₁₆(4⁵)进行了试验设计,应用静力成型法,使得土体在设定的含水率和压实度的水平下成型,并经历不同的冻融循环次数后,分别测试土体的无侧限抗压回弹模量。试验结果表明:1)对同一种土质,影响因素的大小排序为:含水率>冻融次数>压实度。2)随着含水率增大,土基强度接近线性减小;随着冻融次数的增加,土基强度逐渐减小,前2次冻融影响较大,之后幅度变小趋于稳定;随着压实度的增大,土基强度逐渐增大,增大幅度较小。3)采用指数函数对3种土的室内试验数据进行多元非线性拟合,拟合结果较好。     

路堤震害模式及路堤动力特性研究

为研究强震区路堤的震害模式及动力特性,对汶川地震近场区路堤震害进行了调查,发现路堤震害以边坡上部拉裂、下部鼓张变形破坏模式为主,路堤震害严重程度与地震烈度、护坡措施和路堤本体加固措施关系密切,与路堤高度和地面横坡坡度关系不明显。利用振动台模型试验及数值模拟发现：加速度和动剪应力在路堤中上部增量最大、数值最大,且其最大值所在部位与拉裂缝出现部位基本一致;动土压力和位移在护坡道上方达到最大值,最大值部位与鼓张裂缝出现部位基本一致;张拉裂缝、鼓张裂缝均出现在距坡面3 m深度范围内,表明路堤损害是一种浅表层震害模式。通过动力数值计算,发现不同高度的路堤地面峰值加速度（PGA）放大系数形态呈现3种类型：沿程单调递增形态（h <10 m）、随高程增加而增加→衰减→增加的“三段形态”（h >20 m）以及介于前二者之间的过渡形态（10 m< h <20 m）。利用地震波传播理论对高路堤加速度反应机制进行了解释。     

路堤荷载作用下碎石桩复合地基桩土应力比计算及试验研究

深入分析了路堤等柔性荷载作用下碎石桩复合地基的工作机理,对路堤-碎石桩-桩间土系统进行合理简化,建立了桩土应力比计算模型,并给出关键参数的求解过程。基于最小势能原理,导得路堤荷载下碎石桩复合地基桩土应力比计算解析表达式,结合大型室内模型试验,通过对比试验过程中的全程监测数据,验证了理论解的正确性。探讨了各主要影响因素与桩土应力比之间的关系,结果表明：桩土模量比和置换率是应力比的主要影响因素,路堤高度与路堤材料的影响次之;当路堤高度较小时,随着高度增加,桩土应力比提高明显;但当路堤高度增大到一定值时,桩土应力比基本不变;增大填料剪切模量可略微增大应力比。