路基砾类填料土动力特性影响因素试验分析

动应力-动应变关系作为反映路基填料土动力特性的重要参数,对其进行影响因素试验研究可为路基填料土的工程特性研究提供参考依据。本文借助动三轴试验手段进行砾类土动应力-动应变关系影响因素研究,采用应力控制的加载方式进行加载,分析了试验压力、土样含水率、土样压实度、荷载作用频率和初始静偏应力等5种条件和砾类土动力特性的作用规律,并总结砾类土动应力-动应变关系变化规律。研究结果表明：当动三轴试验的围压为30 kPa、土样压实度为96%、含水率为最佳含水率7.5%时,其动应力-动应变关系曲线接近应力轴,砾类土的动强度大;荷载作用频率为1、2 Hz变化时以及小于10 kPa的初始静偏应力对砾类土的动应力-应变关系影响较小;针对各影响因素下的动应力-动应变关系曲线,对其采用的双曲线模型拟合相关系数均大于0.96,说明该模型能够有效拟合其关系曲线;根据试验模型可知,试验中压力越大,参数a、b值越小,同理,土样的压实度越大,a、b值也越小。     

循环荷载下加筋砾性土填料的动三轴试验分析

为探究循环动载作用下加筋砾性土填料的动力特性,在不同加筋层数和围压下对加筋砾性土进行了固结不排水动三轴试验,研究加筋层数和围压对加筋砾性土动力特性的影响,并进一步分析了加筋砾性土轴向累积应变发展机制。研究表明:加筋层数增加时,轴向累积应变减小,回弹模量增大,且加筋作用的影响幅度逐渐衰减;增大围压时,土体轴向累积应变减小,回弹模量和动孔压均随之增大;随着加筋层数和振次的增加,滞回曲线逐渐向应力轴靠近,滞回圈面积逐渐减小,土体耗能作用减弱。基于安定理论和间接影响带理论,揭示了加筋作用对轴向累积应变发展的影响机制。建立了能够反映加筋层数的加筋砾性土轴向累积应变预测模型,其条件参数a、b、g与加筋层数呈线性关系,可有效预测循环荷载下加筋砾性土路基沉降变形规律。     

橡胶-粉土轻质混合土中管道动力响应特性

埋地管道在交通荷载等作用下会发生破坏，对区域内的经济和生活造成较大的影响。近年来废弃橡胶轮胎颗粒与土混合成轻质土逐渐被用于路基填料等领域。设计完成了冲击动载下橡胶?粉土轻质混合土中管道动力响应特性的模型试验，采用等体积置换法在地基土中掺入0%、10%、20%、30%的废轮胎颗粒，通过路基的表层沉降以及埋地管道的变形特性来研究轻质混合土作为路基填料的减振性能。试验结果表明，加入橡胶颗粒能有效减小路基表层沉降，当橡胶含量10%时，路基沉降减小最明显；埋地管道在冲击动载的作用下表现出“压扁”的形态特征，加入橡胶颗粒能明显减小埋地管道的应变及弯矩响应，当橡胶含量为20%和30%时，管道的应变和弯矩减小更为明显。     

静动荷载下桩网结构路基模型试验研究

通过室内模型试验测试了桩网结构路基各部分在动静两种荷载下的桩-土应力、格栅拉力,研究了土拱效应的发展演化机制以及土工格栅拉膜效应的发展特点。试验结果表明：桩-土应力以及格栅拉力的分布都是路基横截面方向上大于其纵向延伸方向,这与路基的梯形截面设计相关;空间土拱效应要强于平面土拱效应,空间土拱效应的极限状态出现在桩-土应力比为3.8时,平面土拱效应的极限状态出现在桩-土应力比为2.2时;动荷载下土拱效应较静载有一定的衰减,且静载下土拱效应越强的部位在动载的下衰减程度越大,桩间土压力随振次的发展趋势类似N型,与桩顶土压力的变化趋势正好相反。     

季节冻土区路基土的损伤本构模型研究北大核心CSCD

为探索不同冻融循环次数和围压作用对季节冻土区路基土在不同含水率条件下的应力-应变关系及损伤机理,以辽宁阜新市某公路区间为试验路段,采用环刀法选取试验路段路基土样,通过冻融循环及三轴压缩试验,得到在不同冻融循环次数及围压作用下路基土的应力-应变曲线变化规律;根据损伤力学及统计学原理,将Weibull分布与Lemaitre有效应力原理相结合,建立了季节冻土区路基土损伤本构模型。结果表明:冻融循环作用可导致路基土试件强度降低,且随着试件含水率的增加,应力-应变曲线呈现由应变软化逐渐表现为应变硬化特征,试件最优含水率为应变软化与应变硬化的分界点;随着围压的增大试件强度增加,在冻融循环次数较少且围压较低时,试件的应力-应变曲线出现峰值应力,曲线表现出应变软化特征,在冻融循环次数较多且围压较大时容易出现应变硬化现象;经对比分析,所建立的损伤本构模型与试验应力-应变曲线吻合度较好,且模型所需参数均可通过三轴试验获得,说明该模型能够较好地描述季节冻土区路基土的应力-应变关系,具有实用性。另由试验结果可知,为降低东北地区冻融循环作用对季节冻土区路基强度的影响,提前做好路基的防排水工作对于路基冻融病害防治是非常重要的。     

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。     

静载作用下土工格栅加筋拓宽路堤土中应力特征试验研究

为探究荷载作用下软土地基直接拼接拓宽路堤受力和变形特征,利用自行设计制造的模型试验系统,通过改变软土地基差异沉降、土工格栅加铺层数对软土地基高速公路直接拼接路堤进行一系列模型试验,研究各种工况下旧路与新拓宽路堤土中应力变化。试验结果表明,拓宽路堤在荷载作用下新旧路各断面土中竖向应力随着荷载的增大而增大,受路堤填土边坡与下伏地基侧向约束条件的影响,荷载作用下土中竖向应力在填土路堤与地基内沿深度方向呈现先减小、后增大、再减小的分布特征;软土地基拓宽路堤差异沉降对新旧路结合部位土中竖向应力影响较大,土中竖向应力随着差异沉降增大而增大;旧路范围内土中竖向应力受差异沉降的影响不大;在拓宽路堤填土的顶部和底部各布设一层土工格栅加筋层时可明显减小路堤土中竖向应力和路堤沉降：相同荷载作用下对比无加筋路堤,铺设2层土工格栅加筋路堤的顶面沉降最大可以减少62%,土工格栅加筋对软土地基拓宽路堤沉降有较好的控制作用。     

浸水环境下重载铁路改良土路基动力特性研究

浸水入渗与重载列车动载耦合作用下路基的动力响应程度更突出,对行车安全及路基长期稳定提出更严要求。为揭示重载列车动载作用下干燥与浸水路基的动力特性,依托浩吉（浩勒报吉－吉安）重载铁路工程背景,开展循环加载400万的现场激振试验,利用激振设备和配重块组合模拟了轴重25～30 t、速度120 km/h列车动载作用。试验结果表明：路基干燥与浸水状态下,动应力与加速度沿路基深度变化趋势吻合,传至基床底层底面衰减量可达80%;浸水入渗与列车动载的加剧作用更多体现在基床表层与底层的衔接处,相同荷载条件下,衔接处浸水路基的动应力最大可提高28%;相较而言,加速度受浸水环境影响的敏感性远低于动应力;对比可知,沿路基深度范围内动应力水平远小于同位置填料的临界动应力,试验结束路基面累积变形小于5 mm,且呈收敛趋势,说明无论从动强度还是动变形角度来评估,水泥掺量3%～5%改良膨胀土用作基床底层及以下路堤填料时均能满足稳定需求。该研究成果能够对重载铁路改良膨胀土路基的精细化建设养修提供理论参考。     

模块式加筋土挡墙模型试验及静动力学性能研究

加筋土挡墙作为道路路基的一部分,不但受到路面基础设施等静荷载,还承受着车辆行驶所带来的交通荷载。为研究静、动荷载下模块式加筋土挡墙的力学特性及工作性能,开展室内大模型试验,对比分析了加筋土挡墙的沉降及面板水平位移、侧向土压力系数、格栅应变等力学行为的变化规律。结果表明：静、动荷载下挡墙的破坏模式分别以局部剪切破坏和面板挤出破坏为主,格栅的最大应变量分别为1.7%和4.5%,均未达到破坏应变;两种荷载下挡墙的极限承载力相等,相比于静载,动载作用下墙顶最大沉降量增大了280%,面板最大水平位移增大了180%;加载板下降过程中四周土体受挤压发生变形,向面板施加额外的水平附加应力,从而导致墙背处的侧向附加应力系数Kr高于理论值;动载作用下土颗粒不规则运动,土中动加速度响应受动载幅值的影响较大,靠近墙面处的加速度峰值沿墙高H由上到下逐渐减小。研究成果有助于揭示静载与交通荷载作用下加筋土挡墙的力学行为和破坏机制以及提高模型试验与实际工程的关联程度。     

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。     

拓宽方式对软土路基工程特性影响的离心模型试验

如何保持新旧路基间的变形协调是拓宽工程中普遍关注的问题,目前尚缺乏对于拓宽方式对软土路基工程特性影响的直接对比分析。本文开展离心模型试验,采用普通填料或气泡轻质土进行放坡或挡墙拓宽,分析了新旧路基变形、地基土中孔压和土压力在路基拓宽后的变化规律。试验结果表明,气泡轻质土显著减小拓宽过程中产生的孔隙水压力增量和附加应力增量。相较于边坡拓宽,挡墙拓宽方式对地基影响更小。轻质土路堤采用挡墙拓宽方式引起的挡墙倾角和墙背土压力均较小。采用Boussinesq公式计算得到的拓宽路堤引起的地基中附加应力分布与实测值基本吻合,且偏于保守。本文的研究成果对指导路基拓宽工程具有借鉴意义。     

PCC桩加固铁路软土地基现场试验研究

铁路相对于公路对承载力和沉降控制都提出了更高的要求。现浇混凝土大直径管桩（PCC桩）技术首次在南京南站联络线铁路工程中应用,为了研究PCC桩加固铁路路基的工作特性,开展了PCC桩加固铁路软土地基的现场检测与监测试验研究。现场检测包含静载试验、低应变检测和开挖检测。现场监测内容为：桩土应力、地基和路堤水平位移、表面沉降、分层沉降、土工格栅张力、孔隙水压力等。质量检测结果表明,PCC桩施工质量良好,承载力达到铁路地基设计要求。现场监测表明,地基沉降在填土结束后3个月稳定,最大水平位移为13 mm,路基沉降稳定快,水平位移小,路堤稳定性高,能满足铁路严格控制沉降和快速施工的要求。研究成果对PCC桩复合地基加固铁路地基的设计和应用提供了依据。     

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。     

桩承式加筋路堤三维土拱效应试验研究

桩承式加筋路堤受力性状比较复杂,土拱效应对路堤的承载变形性状具有重要影响。通过三维土拱效应模型试验,研究桩-土相对位移、路堤高度、桩帽净间距和水平加筋体拉伸强度等因素对桩土应力比及路堤沉降的影响。结果表明：土拱效应发挥程度与桩-土相对位移密切相关,存在一个临界桩-土相对位移使得桩土应力比达到最大值,该临界桩-土相对位移约为6～8 mm。路堤高度与桩帽净间距之比越大,桩土应力比越大,路堤顶面差异沉降越小;桩帽宽度与桩帽净间距之比越大,桩土应力比越大,路堤顶面差异沉降越小。设置水平加筋体能有效提高桩土应力比并减小路堤顶面沉降;路堤越低,水平加筋体对桩土应力比的提高作用及对路面沉降的减小作用越明显;水平加筋体拉伸强度越高,这种作用越明显。桩承式加筋路堤三维土拱效应等沉面高度与桩帽净间距之比约为3.5。     

长江漫滩低路堤基底浅层固化层工作性状数值分析

低路堤可以节约不可再生的土地资源, 浅层固化处置是低路堤软基处理科学、经济的方法。采用现场孔隙水压力静力触探（CPTU）对长江河漫滩相典型非均质性天然沉积软土层进行原位试验。应用二维有限差分方法对平面应变条件路堤荷载作用下有无浅层固化层的软土地基固结排水与沉降进行了仿真模拟,并应用三维有限差分方法对路面车辆重载作用下有无浅层固化层的路基及基底变形进行了三维数值仿真。结果表明：地基浅层固化层的设置改变了地基应力场的分布,通过应力扩散作用减小地基土体的附加应力,进而减小了地基土体的沉降量。基底固化层通过增强路基基底的刚度来增强路基的整体刚度,减小路基的变形,提高路基整体稳定性。     

红黏土路基填筑压实度控制指标探讨

红黏土属于一类典型的特殊土,路基施工规范指出,特殊填料进行填筑路基时可根据具体情况适当降低压实度要求,并且规定有些高液限、高塑指黏土不能直接作为路基填料填筑。利用某高速公路处的红黏土进行了重型击实和承载比试验,试验结果表明：红黏土在最优含水率附近具有很强的水敏性。最优含水率点对应的CBR值并非最大值,其最大CBR值对应的含水率大于最优含水率3%左右,在此基础上结合土体的强度、压缩性、胀缩性、渗透性等指标随压实度变化的规律,确定该桩号红黏土作为下路堤填料其压实度可降低2.5%,填筑含水率控制在35%左右。     

交通荷载作用下低路堤软土地基硬壳层应力扩散作用研究

为了研究硬壳层对低路堤软土地基动力响应的影响,将软土地基上的道路系统模拟成路面-路基-硬壳层-软土地基4层结构。假设路面、路基、硬壳层都为单相弹性土体,而软土地基采用饱和多孔介质模拟,通过积分变换法对模型进行推导求解,分别建立了路面、路基、硬壳层和软土地基的动力刚度矩阵,并考虑路表车辆荷载条件、层间连续条件和饱和软基表面透水条件,最终集成了道路结构的整体动力刚度矩阵,获得了车辆荷载作用下低路堤软土地基的动力响应解答。在该基础上,利用快速傅里叶逆变换方法对动力响应进行数值求解,详细分析了硬壳层厚度、模量和泊松比对动应力扩散作用的影响。研究结果表明,软土地基表面的动力响应对硬壳层厚度和模量的变化十分敏感,硬壳层的存在大大地减弱了软基顶面的竖向动应力,并且增大了竖向动应力的分布范围,可见硬壳层对交通荷载引起的动力响应有明显的扩散作用。     

复杂大气环境作用下高铁路基水分迁移响应

高铁路基作为列车和轨道结构支承体,直接暴露在复杂大气环境中,受降雨、蒸发等长期循环作用,含水率、基质吸力和剪切强度响应复杂,影响路基长期稳定性。建立了考虑大气作用的水-热耦合高铁路基水分迁移计算模型,通过法国鲁昂路基现场试验案例分析验证了计算模型。利用北京、上海两地2013年实测气象数据,对高铁路基含水率响应进行计算,研究了不同气候和填料类型对体积含水率变化的影响。结果表明：填料和气候类型对路基含水率响应影响显著。大气对砂土路基影响深度较浅（深度<3.0 m）,浅层（深度≤1.0 m）受大气环境影响非常显著,含水率波动范围较大;粉土和黏土路基的含水率受大气影响的深度较深,超过3 m深度,但含水率波动范围较小。北京气候条件下路基含水率季节性差异较大,上海气候条件下路基含水率随单次降雨波动更明显。     

高铁路基正交跨越地裂缝带动力响应数值分析

本文以大西客运专线高速铁路正交跨越地裂缝带为研究对象,基于有限元数值方法建立了高速铁路地基-地裂缝-路堤动力计算模型,模拟分析了高速列车荷载作用下有、无地裂缝带天然地基上路基的动力响应差异特征及影响规律。计算结果表明:列车荷载作用下无地裂缝带场地,路基动位移、加速度和动应力响应基本平稳,没有明显差异现象;而地裂缝带场地路基动位移、路堤本体内加速度均表现为上盘增大、下盘减小,垂直于线路走向路基动位移、加速度幅值衰减下盘大于上盘,地裂缝对加速度影响的临界深度约为地表以下15 m;地裂缝的存在引起其上盘路基出现动应力降低和下盘动应力增强现象,地裂缝场地沿深度方向路基动应力影响的临界深度为地表以下10 m。上述研究结果可为我国地裂缝发育区高速铁路建设与防灾减灾提供科学依据。     

铁路路基粗粒土填料临界动应力试验研究

粗粒土填料被广泛应用于铁路基床填料中,直接承受轨道结构传递的列车动循环荷载的长期作用,研究其在列车动荷载作用下的动力行为特征及塑性变形特性可为路基状态评估、沉降控制提供思路。采用GDS动三轴试验系统对铁路基床表层的粗粒土填料动力响应开展研究,通过引入塑性应变率和安定理论,将不同频率、围压、循环动应力比等条件下路基填料的轴向塑性应变的发展规律划分为塑性安定、塑性蠕变和增量塑性破坏3种类型,并确定了塑性安定和塑性蠕变状态的临界动应力水平。研究表明：粗粒土填料的临界循环应力比随着围压的增大而增大,随着荷载频率的增加而减小。通过对试验结果的拟合分析,提出了以围压为变量的临界动应力经验公式,为合理评估列车荷载作用下路基任意深度的动力稳定提供了理论依据。