多遍冲击碾压混凝土路面时路基的动力响应分析

采用三维动力弹塑性有限元,考虑冲击压路机沿面板纵向中线及板边行驶来冲击碾压破碎旧水泥混凝土板,对路基在不同冲击遍数下的变形、受力等力学响应进行了分析。研究发现,土基在3个方向均承受压应力,板角荷载作用位置路基竖向变形最大,板中最小。板中路线路基竖向变形总体小于板边路线。随着距冲击点距离减小,土体竖向变形逐渐增大,并存在有明显的波动滞后现象和残余变形。随着冲击遍数的增加,土基最大竖向变形逐渐变大;第3遍冲击完后已出现明显的塑性区;随着冲击遍数的增加,土基中土压力逐渐增大,但渐趋稳定。虽然冲击遍数增加,但土压力增大范围仅限于土基一定深度内。     

车辆荷载作用下钙质砂路基的动态响应试验研究

钙质土颗粒因形状不规则而产生咬合嵌固效应,导致土压力传递特性不同于一般黏性土。为研究不同工况下钙质土地基及挡土墙土压力的分布与响应特征,在某珊瑚礁场地对在建的护岸和道路路基在填土和车辆动荷载作用下的土压力进行了动态监测,重点对填土自重、车辆移动荷载及压路机振动碾压荷载下钙质土中土压力的传递与分布特征进行研究。结果表明：填土过程中钙质土中的侧压力系数为0.2～0.3,平均值为0.25;实际观测到的路基竖向土压力远高于按照理论公式计算的土压力;经过碾压的路基在深度为3.28 m处,重型车辆的附加荷载很小。22 t振动压路机在振动碾压时,地基在深度为2.73 m处附加应力增量极小,因此难以提高该深度处土体的密实度;而浅层土体的土压力增量较大,可有效得到压实。     

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 %。     

砂土地基冲击碾压加固效果影响因素的试验研究

冲击碾压技术已在国内外公路工程、机场工程以及港口工程等不同行业得到广泛应用,但有关冲击碾压加固效果的影响因素及影响规律尚不明确。文章利用自行研制的冲击碾压模拟试验设备,通过室内模型试验手段,分析冲击轮重量、冲击轮形状、牵引速度、土体的初始密实状态及冲击碾压遍数等因素对砂土地基冲击碾压加固效果的影响。试验结果表明:冲击轮重量对砂土地基冲击碾压加固效果的影响起主要作用,冲击轮单轮质量大于10 t时冲击碾压加固砂土地基的影响深度明显增加,2.4~3.6 m深度范围的加固效果最明显;初始状态为松散至中密的砂土对应的冲击碾压加固效果较好;三边形冲击轮的冲击碾压加固效果明显优于四边形和五边形冲击轮;牵引速度在12 km/h范围内时,砂土地基的冲击碾压加固效果随牵引速度的增加而增长,但牵引速度为9 km/h时,浅表层1.4 m深度范围的加固效果较好;同时在12遍冲碾过程中,浅层2.4 m深度范围的加固效果随着冲碾遍数的增加而有较明显增长。研究成果可为冲击碾压法加固浅层砂土地基的设计与施工提供参考。     

考虑非饱和路基性能劣化的路表振动响应研究

为了给应用落锤式弯沉仪（falling weight deflectometer,简称FWD）准确识别路基性能劣化提供理论基础,建立了考虑路基非饱和特性的弹性层状路面在FWD荷载作用下的振动响应计算模型。通过Laplace-Hankel变换对模型的动力控制方程进行了推导求解,建立了路面和非饱和路基的动力刚度矩阵。并由层间连续性条件合成了公路结构的整体动力刚度矩阵,结合边界条件得出了FWD荷载作用下整个公路结构在变换域内的振动响应解。利用Laplace-Hankel逆变换对振动响应进行了空间-时间域内的数值求解,分析了FWD荷载频率和路基饱和度对振动响应的影响以及路基性能劣化与路表振动信号的关联性。研究结果表明：路表竖向动位移主要受FWD荷载低频成分的影响且随饱和度的增大而增大;相比较路表振动速度和路基表面竖向动应力,路表竖向动位移受路基性能劣化的影响更敏感,且在距荷载中心1.2 m位置处的路表竖向动位移变化率达到最大。研究结果可为路基性能劣化的反馈指标与位置选择提供科学依据。     

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。     

某特高土石坝高海拔料场防渗土料现场碾压试验研究

某特高土石坝防渗土料场位于3500 m高海拔地区，为获取防渗土料压实工艺参数，开展了现场碾压试验研究。试验内容包括土料碾压参数选择、变含水率对土料碾压特性的影响以及不同碾压方式压实效果对比研究。试验研究表明，碾压遍数相同情况下，铺土厚度为35 cm时压实效果最优，综合土料压实度设计指标与经济性等方面考虑，确定了防渗土料碾压参数：铺土厚度为30～35 cm、碾压设备为26 t自行式振动碾压机、碾压遍数为10遍。试验发现，土料铺填厚度较薄时，碾压遍数越多，对其造成的扰动效应越大，压实效果反而越差。结合料场气候条件，发现从装土至碾压完毕，土料含水率损失为1.2%。通过改变土料含水率，探究了含水率对土料压实效果的影响，确定了本工程土料的可碾含水率区间范围。不同碾压方式对比试验研究表明，不同铺土厚度、碾压遍数下，振动平碾所获得的压实度均要高于振动凸块碾。     

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。     

冲击碾压法处理黄土地基的试验研究

通过载荷试验、标准贯入试验、重型动力触探试验、静力触探试验等原位测试,以及探井取土样进行室内土工试验,对黄土地区某高速公路路段进行冲击碾压法地基处理的试验研究,探讨地基土的压实度、密实度、压缩性、湿陷性、处理深度等随冲压遍数的变化规律。研究表明,采用冲击碾压法处理黄土地基,一次处理的有效深度可达1.0 m,且对1.0～2.0 m土层有一定程度的影响。因此,冲击碾压法处理地基是有效和实用的,且生产效率高,可在黄土地区路基工程中推广应用。     

RESPONSE OF A LAYERED ELASTIC MEDIUM TO A MOVING STRIP LOAD

Analytical determination of stresses and deformations caused by moving loads is vital to foundation and pavement designs. In current applications, moving loads are often approximated to be vertical impact loads. In this work, however, a live load is modelled as a uniform distribution of normal or shear stresses in actual motion. Then, a layer stiffness approach utilizing linear elasticity is followed in determining the surface and interior deformations due to the live load. By superimposing the two solutions for normal and shear surface stresses, the new approach can be made to provide an approximate solution to the problem of evaluating stresses and deformations caused by a wide wheel load rolling on a layered elastic system. Although elastic solutions in general are inadequate to explain the more significant consequences of pore pressure generation and dissipation in the soil subgrade, these results can certainly be useful to examine the shearing effects of wide rolling wheels on the asphalt layer and immediate settlement of the subgrade. It is found that the dynamic effects of a smoothly rolling wide load are significant at relatively low wheel velocities compared to those of shear waves in the subgrade and base.     

高轴压和围压共同作用下矽卡岩受频繁动态扰动时的动力学特性

以冬瓜山铜矿深部出矿进路附近的矽卡岩为研究对象,采用改进的SHPB试验系统,进行高轴压和围压共同作用下受频繁动态扰动时深部矽卡岩动力学特性的研究。研究结果表明：预加载的高轴压和围压促使岩石内部微裂纹闭合,致使冲击荷载作用时动态应力-应变曲线初始阶段无下凹现象,即无压密阶段;峰值应力后,当岩样内部存储的弹性力大于卸荷时的冲击荷载时,出现应变减小的回弹现象,否则压缩应变一直增大至岩样破碎;累计扰动冲击次数随围压增大递增,随轴压增大递减,且增减率受围压、轴压大小的影响;动态变形模量、动态峰值应力随扰动冲击次数增加而减小,但最大应变及动态峰值应变增加;动态均值强度随轴压增大而减小,随围压增大先减小后增大;岩石动态变形过程中伴随着弹性变形,产生的回弹应变总体上随扰动冲击次数的增加呈先增大后减小的趋势发展。     

高能量冲击作用下淤泥孔压特征规律试验研究

以往动力排水固结室内试验,通常冲击能量不够,很难激发软土某些工程响应,对应加固机制难以发现。通过可提供高冲击能的多向高能高速电磁力冲击智能控制试验系统,针对淤泥类超软土进行静动力排水固结模型试验,获得了淤泥孔压等响应特征：夯击瞬间（6 ms）上部孔压增长及下降时间非常短,且其重复性好;初始两遍夯击结束后中部孔压变化呈双峰型,其时间间隔随着夯击遍数增加而逐渐变大,最后不复存在;每遍夯击瞬时中部土压均出现急剧增长与快速减小,增长幅度随夯击遍数增加呈减小趋势,但每遍夯完后数天内土压值均大于夯前值;每遍夯击孔压消散后最终值都小于初始孔压,说明在一定的排水条件下,淤泥这类超软土地基确实可夯击;夯击后残余应力作用机制存在,且其对沉降起主要作用,而一定静力荷载的这种机制不明显;排水板插设扰动效应不可忽视,但该扰动效应随软土埋深增大而减少。     

预制静压桩静动载现场试验分析

原位试验是获取桩基设计参数和了解桩基力学性能的最客观、最可靠方法。基于现有疲劳机和千斤顶等试验设备,研制了桩顶静载和动载组合加载装置,为现场静、动载试验解决了一个技术性难题。利用该装置对某工程混凝土预制静压桩进行了模拟交通荷载的现场静、动载试验。通过单桩竖向抗压静载试验和动载试验,分析了静动载对桩身轴力分布、桩身侧摩阻力和基桩沉降的影响及其变化规律。试验结果表明：在静动载作用下桩身侧摩阻力的分布规律基本一致,并且随着振动次数的增加,桩身上部侧摩阻力减小、下部略有增加,但动载循环超过30万次后,侧摩阻力趋于稳定。     

输电线路装配式基础下压计算时底面积取值研究

输电线路混凝土板条与角钢支架组合的装配式基础已在工程中得到应用,由于底板板条间存在空隙,基础在下压计算时底板面积取值尚不明确。通过地基土极限承载力理论分析,相邻板条间存在土拱效应,可将整个底板下的浅层土体近似等效为刚性体共同抵抗下压荷载。不同板条间距的现场试验表明,板条间距变化对荷载位移曲线基本无影响,板条下与空隙处的土压力差值在3倍底板宽度埋深时差距较小,在5倍底板宽度埋深时差别可忽略,且由于应力扩散作用板条间距变化对深层土压力无影响。根据理论研究与现场试验成果,建议装配式基础在下压计算时底板计算原则应按照底板板条包围的整体面积进行计算。     

移动环形荷载作用下饱和土中圆形衬砌隧洞动力响应研究

基于Biot理论,研究了饱和土中带有衬砌的圆形隧洞在移动环形荷载作用下的动力响应。假定衬砌为弹性体,土体为饱和多孔介质,引入两类势函数来表示土体、孔隙水和衬砌的位移,使隧洞的控制方程解耦。结合边界条件及连续条件,通过傅立叶变换得到频率-波数域中衬砌和土体的应力、位移和孔隙水压力解答,最后用傅立叶积分逆变换得到时-空域中的数值解。计算并比较了3种隧洞模型（弹性土体隧洞、饱和土体隧洞和饱和土衬砌隧洞）的动力响应分析。数值分析结果说明：（1）移动荷载速度对3种隧洞动力响应均具有较大影响;（2）弹性土体隧洞和饱和土体隧洞的动力响应具有明显区别,所以在富水地区的隧洞动力响应中土体应该视为饱和土体;（3）衬砌对隧洞动力响应有较大影响,故隧洞的动力分析中不能忽略衬砌作用。     

Meso-mechanism of rolling dynamic compaction to reinforce loose landslide dam materialEI北大核心

为系统研究冲击碾压过程中松散堰塞坝料的细观密实机制,基于自行设计的可视化冲击碾压模型装置及粒子图像测速技术,研究了不同冲击碾压参数对堰塞坝料地基的表面变形、内部变形及颗粒位移规律的影响。试验结果表明,冲击碾压加固过程是冲击和碾压两者共同作用,由于水平冲击作用,冲击点下方地基的变形具有非对称性。“高速轻轮”的施工参数会强化冲击效果,弱化碾压效果,造成地基表面平整性差。堰塞坝料冲击轮加固过程中的最大位移发生在三边形冲击轮圆弧面较平滑处与土体接触时,随后由于模型冲击轮重心上升,地基出现部分弹性回弹。提高冲击轮的牵引速度能够促进冲击能量向深层传递,但水平影响宽度有限;提高冲击轮的质量则能促进能量向两侧水平方向传递,但影响深度有限。对于模型试验的易贡堰塞坝料地基,冲击碾压最佳牵引速度约为0.75 m/s。结果可为堰塞坝料地基的冲击碾压浅层加固提供理论依据。     

重复荷载下模型支盘桩工程性状的试验研究

为研究在粉黏土中支盘桩在重复加载下的工程性状,在粉黏土中进行一次加载试验,测出其极限承载力,分别对一个双盘模型支盘桩在其极限荷载和0.75倍极限荷载的条件下各进行了5次重复加载卸载试验。根据试验结果,分析了在该土层中支盘桩的承载力和变形特性,研究了重复荷载作用下模型支盘桩在粉黏土中荷载传递的特点、桩身不同位置压力变化的特点,特别是对桩周土体对桩侧表面产生的摩擦力出现复杂变化的原因进行了分析,同时还分析了离盘不同距离的土体在重复加载过程中的压力变化情况和原因。研究结果表明,不同强度的荷载重复作用下对桩的沉降变形的收敛影响很大;支盘桩和桩周土体的相互作用机制十分复杂,因此要充分认识支盘桩在重复荷载作用下的工程性状和荷载传递机制还要做大量地研究。     

埋置简谐扭转荷载作用下广义Gibson饱和地基动力响应

考虑地基为饱和半空间,研究了广义Gibson饱和地基内作用简谐扭转动荷载时地基的动力响应问题。从Biot饱和地基固结理论出发,结合扭转振动的特点,建立了剪切模量随深度线性变化的饱和地基扭转振动的动力微分方程,通过Hankel变换求解此微分方程,给出了Hankel变换域内的切向位移和剪应力关于待定系数的表达式。根据饱和地基表面为自由表面,荷载作用面位移连续、剪应力差等于动荷载大小,波的辐射条件等边界条件求解出待定系数,借助Hankel逆变换给出地基内的位移和应力的表达式。通过数值算例研究发现:在同一水平面内,地基内的切向位移和剪应力曲线的实部和虚部都呈现出非常明显的波动变化规律;在竖向平面内,动荷载作用面上部区域内随深度逐渐增大时,地基内切向位移和剪应力曲线的实部逐渐增大,而在动荷载作用面下部区域则正好相反;扭转动荷载的影响范围主要是荷载作用面上下2倍半径区域。