列车交通荷载作用下软土路基的长期沉降

通过2.5维有限元结合薄层单元方法,建立了列车运行荷载作用下轨道和地基动力相互作用的3维分析模型,求解不同运行速度列车荷载作用下路堤下卧层地基中动偏应力的分布,结合软黏土在循环荷载作用下的累积塑性应变理论,建立了路堤下卧层地基在列车运行荷载作用下长期动力附加沉降的计算方法。在此基础上采用瑞典X2000高速列车的实际轨道和地基情况进行了计算,分析了长期沉降随时间的发展过程及其在地基中的分布规律,特别是考虑了列车运行速度对路基沉降的影响。     

Prediction of long-term settlements of subway tunnel in the soft soil area

Nowadays, the issue of predicting soil settlement has gradually become an important research area. The theory of predicting soil settlement under static load is comparatively mature, while the method of predicting soil settlement under dynamic loading is still at the exploratory stage. This paper aimed to find a suitable model to satisfy the prediction of long-term settlements of subway tunnel. The settlement monitoring data of Subway Line 1 in Shanghai were taken as the case. In this paper, current nonlinear prediction methods of settlement were summarized. The fitting method was introduced and applied in the settlement data of Shanghai subway tunnel; correlation coefficient r of the fitting results can keep a high level in most cases, illustrating the validity of segmentation simulation. Two kinds of prediction methods and its utilizing methods were introduced in this paper, i.e., Grey Model (1, 1) and Auto-Regressive and Moving Average Model (n, m). The settlement trend of Subway Line 1 in Shanghai was predicted by GM (1, 1) and ARMA (n, m) model. The results show that ARMA (n, m) model is more precise than the GM (1, 1). As a new method in settlement prediction field, ARMA (n, m) model is prospective in the future.     

循环荷载作用下考虑非达西渗流的软黏土一维流变固结分析

基于Hansob渗流理论和Merchant流变模型,将微分型流变方程耦合到一维固结理论中,建立了循环荷载作用下双变量表述的软黏土一维流变固结耦合方程组。采用FlexPDE软件对方程组进行了求解,通过与已有文献结果对比,验证了算法的可靠性,在该基础上研究了循环荷载作用下饱和软黏土的一维流变固结特性,分析了Hansob渗流参数、Merchant流变模型参数以及循环荷载类型对饱和软黏土固结特性的影响。研究结果表明,按超孔压定义的平均固结度 和按变形定义的平均固结度 均呈现循环变化特征,且 > ;当循环周次较大时, 进行稳定循环状态,由于流变效应, 峰值仍呈逐渐增大趋势;随着Hansob渗流参数 和 的逐渐增大,地基固结速率逐渐降低,同一循环周次内 、 的峰值也随之降低;随着流变参数F的逐渐增大,同一循环周次内 的峰值逐渐降低, 的峰值显著提高;随着 的逐渐增大,同一循环周次内 、 的峰值逐渐降低。循环荷载作用下地基的平均固结度始终处于循环状态,无法达到固结完成状态,其最大平均固结度也远小于线性荷载的情况。     

循环冲击下波阻抗定义岩石损伤变量的研究

在动静组合加载试验系统上,对有轴向预应力的岩石进行循环冲击时无法测量其声波波速,以致于不能用声波波速值的变化研究此过程中岩石的损伤演变特性,为此提出了基于岩石波阻抗定义其损伤变量的方法。在理论上证明裂隙岩石的密度和纵波波速间具有良好的正向相关性,在同一损伤过程中,岩石的波阻抗与其纵波波速的相对变化量接近,根据密度和纵波波速都能反映岩石损伤的现实,得出基于岩石波阻抗定义岩石损伤的方法是可行的结论,并给出其定义损伤变量的表达式。根据一维应力波理论,推导出由入射波和反射波或透射波求解波阻抗的表达式。对利用霍布金森压杆装置进行试验时应力波在岩石试件两界面间多次透反射的过程进行了分析,在此基础上,确定了由试验数据计算循环冲击过程中岩石波阻抗的方法。对岩石试件进行了无初始应力的循环冲击试验,测量了岩石在每次冲击后的纵波波速,得出了基于波阻抗和纵波波速定义的损伤变量具有相同的变化趋势的结论,并分析了二者之间有差别的原因。研究结果表明,在入射能大小接近的循环冲击过程中,利用波阻抗定义岩石损伤变量的方法是可行的     

A general simple method for calculating consolidation settlements of layered clayey soils with vertical drains under staged loadings

Acta Geotechnica - It is well known that the calculation of consolidation settlements of clayey soils shall consider creep compression in both “primary” consolidation and so-called...     

长期循环荷载作用下排水条件对饱和软黏土动力特性影响

由于软黏土渗透系数很小,目前针对饱和软黏土的循环荷载试验绝大多数都是在不排水条件下进行的。但对交通荷载而言,软黏土承受经年累月的长期循环荷载作用,实际的排水条件应该是部分排水的。基于此,通过对温州原状饱和软黏土进行不同循环应力比下的不排水和部分排水大周数（50 000次）循环三轴试验,分析了长期循环荷载作用下排水条件对饱和软黏土动力特性的影响。研究结果表明与不排水条件相比,部分排水条件下软黏土试样的动力特性表现出很大的不同。随着循环次数的增加,部分排水条件下的孔压随先增加后降低,存在一个峰值;经过较大的循环次数后,回弹应变逐渐减小,应力-应变滞回圈逐渐缩短,面积也明显减小。为了准确预测交通荷载作用下的长期沉降,采用部分排水条件进行试验是十分必要的。     

基于遗传算法的软土地基沉降预测

基于自然进化原理的遗传算法是一种解决岩土工程复杂非线性问题十分有前景的方法。对遗传算法中一些具有代表性的算法作了简要分析和评论。软土地基沉降受众多因素的影响,在时序上表现出复杂的非线性特征。针对一个加固纠偏工程的沉降预测问题,运用MATLAB编写遗传算法程序进行了预测分析。计算结果与实测资料基本一致,它在全局优化、非线性优化、多参数优化等方面表现出了传统算法无法比拟的优势。     

软土地基上建筑物沉降的三维数值模拟分析

受场地地质条件的限制,很多建筑物采用高压缩性的软土作为天然地基,软土地基的不均匀沉降会威胁到结构的安全。不均匀沉降受上部荷载、结构刚度以及土层的不均匀性等因素的影响,传统的分层总和法不能全面地考虑这些因素。因此需要一种更为有效的分析方法来预测建筑物的沉降情况。采用结构、基础与地基共同作用的分析方法,对一栋倾斜的砖混建筑物进行三维数值模拟分析。通过与实际观测结果相比较,证明该方法能很好地分析建筑物的不均匀沉降情况。     

长期循环荷载下冻土内部温度变化的试验研究

对-0.5、-1.0、-1.5 ℃三种温度下的冻土试样进行单轴循环压缩试验,每5秒测试一次试样内部的温度,得到了不同振动频率、动应力幅值下冻土试样内部温度随振动时间变化的曲线。结果表明：在循环荷载作用下冻土内部温度会升高,动应力幅值越大,温升速率越大;在一定动应力幅值范围内,随着振动频率的增大,温升速率增大;温升幅值受土样是否破坏以及达到破坏的时间长短影响,在一定动应力幅值下,适中的某一振动频率下其内部温升幅值最大;冻土试样的破坏受其内部温度升高的影响,如果冻土试样内部温度不断升高,试样最后将会发生破坏;而不会破坏的试样内部温度升高到一定值后保持稳定或开始下降,这是由于试样和所处环境之间的热交换引起的     

交通荷载作用下公路软土地基长期沉降的计算

合理预测公路软土地基在交通荷载作用下产生的长期沉降,对公路的设计有着重要的指导作用。基于以往试验规律的分析,提出了一个较为合理地描述软土在长期重复荷载作用下残余变形发展过程的经验模型。通过对上海软土的循环三轴试验的模拟,初步验证了模型的合理性。对于工程边值问题,首先,根据拟静力法将交通荷载视为长期重复作用的静分布力;其次,采用弹性层状体系理论计算交通荷载在地基中引起的附加动应力;最后,将提出的模型用于计算各土层的残余应变,并沿深度对应变积分得到沉降。以日本Saga机场公路为例,说明了公路软土地基沉降的简化计算方法的有效性。     

Non‐linear consolidation analysis of soil with variable compressibility and permeability under cyclic loadings

In this paper, a simple semi‐analytical method has been developed to solve the one‐dimensional non‐linear consolidation problems by considering the changes of compressibility and permeability of the soil layer, subjected to complicated time‐dependent cyclic loadings at the ground surface. The solution presented here takes into account e ～ lg k_v and e ～ lg σ′ linear responses. With c_k the slope of the e ～ lg k_v line and c_c as the slope of the e ～ lg σ′ line, the identified parameter c_c/c_k is found to control the rate of consolidation. Using the solutions obtained, some diagrams are prepared and the relevant behaviours of one‐dimensional non‐linear consolidation of saturated soft soil under cyclic loadings are discussed. The method in this paper does not require any special data; conventional oedometer data can be used. Therefore, the method is particularly efficient and convenient for engineering practice. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

循环交通荷载下软土路基长期沉降理论解

基于循环交通荷载下软黏土累积塑性变形、累积孔压经验公式与分层总和法结合的方法,通过计算不排水循环累积塑性变形引起的沉降和不排水循环累积孔压消散引起的固结沉降叠加,建立了一个软土路基长期沉降拟静力计算模型。对交通荷载应力路径下的软黏土空心圆柱扭剪试验数据分析,获得了不排水累积塑性应变模型和不排水累积孔压公式的参数。基于弹性理论解积分计算交通荷载下路基中的动应力,再结合分层总和法计算了路基沉降与循环周次的关系。通过工程实例分析,对比了计算沉降结果与实测结果并与以往理论分析结果,验证了所建立模型的合理性。     

三角形周期荷载作用下软基路堤沉降研究

采用能够同时考虑主次固结变形的Yin-Graham一维弹黏塑性模型,对三角形周期荷载作用下软土路堤运行期间和运行期结束时的长期沉降进行了理论分析,获得三角形周期荷载作用下软基路堤运行期结束时的总沉降计算公式和工后沉降计算公式。分析了三角形周期荷载作用下软基不考虑流固耦合与考虑流固耦合时长期沉降之间的相互关系,证明了三角形周期荷载作用下当循环荷载次数趋向于无穷大时软基具有最终沉降量与应力随时间增长的模式无关的性质。按照文中提供的总沉降计算公式,针对具体工程的土工参数,对路堤运行期结束时的总沉降量进行了计算,并由此确定运行期开始时软基应发生的沉降量,为合理确定高速公路路面铺筑时机提供沉降标准。     

交通荷载作用下软基加筋道路变形机制研究

为研究交通荷载作用下考虑软土软化效应的软土地基加筋道路动力响应问题,以室内动三轴试验为基础,通过回归分析得到了软土在循环荷载作用下动模量衰减的经验公式,编制了用户子程序。将该公式导入有限元分析软件中,采用有限元对软基加筋与不加筋道路在交通荷载作用下的动力响应进行了对比分析,研究了软基加筋道路的作用机制。结果表明,软土的软化特性对软基加筋和不加筋道路的动力响应有明显影响;加筋的效果随着荷载作用次数的增大而逐渐变大;加筋可以约束土体的水平变形,减小道路的整体沉降和不均匀沉降以及减小交通荷载影响软土地基的深度。     

软黏土在循环荷载作用下动力本构模型的研究

针对软黏土在循环荷载作用下的变形特性,即几乎不存在纯弹性变形阶段及应变趋于零时仍存在能量耗散,结合软土地铁车站振动台模型试验中对饱和软黏土进行的动三轴试验,利用边界面模型理论建立了软黏土的黏弹塑性动力本构模型。并进一步利用该模型对自由场振动台试验进行数值模拟计算,计算与试验的结果基本吻合。该本构模型可用于循环荷载作用下软黏土的动力响应分析。     

饱和粉土振动液化分析

液化是造成场地地震破坏的首要原因之一。自Casagrande的经典工作以来,对地震液化的研究已经取得了很大的进展。然而这些研究大多是针对于砂土而进行的,对于粉土液化研究的相对较少,且粉土的液化特性也有别于砂土。因此,在已有研究的基础之上利用粉土液化试验得出的结果,分析了粉土液化的机理、影响因素以及在振动过程中粉土中孔隙水压力的增长规律,认为粉土中的粘粒含量、密实度以及土的结构性对其抗液化能力有较大的影响。考虑到试验中振动次数的离散性,引入了时间参数的概念,根据动三轴试验结果提出了孔隙水压力增长的经验公式,可以比较方便地应用于计算液化的有限元程序中去。     

真空-堆载预压作用下软土蠕变特性试验研究

采用改进的、可施加负压的三轴仪开展了真空预压、堆载预压以及真空-堆载联合预压作用下软土的固结蠕变试验,描述了加载率、应力比和时间等对软土蠕变特性的影响,分析了轴向应变（率）、体积应变（率）及偏应变（率）与应力比和时间之间的关系。结果表明：轴向应变率和体积应变率与时间的对数关系并非线性,但经过若干天以后可近似认为是线性关系;在不同应力比n下,体应变与时间的关系可用双曲线方程来表示;偏应变、偏应变率与时间的关系符合双曲线方程,通过温州软黏土样的蠕变试验结果验证了其有效性。     

软土地区双线区间盾构隧道施工对周边地表以及建筑物沉降的影响

研究盾构隧道施工对周围地面以及建筑物沉降造成的影响,是软土地区盾构隧道安全施工和正常运营的基础课题。为了分析宁波轨道交通5号线同德路站—石碶站区间双线盾构隧道施工对周边地表和建筑物的影响,本文在建立盾构隧道动态施工过程三维有限元模型的基础上,基于地表以及建筑物沉降数值模拟结果与现场监测值的对比,分析了隧道开挖对隧道周围地表沉降与建筑物沉降的影响。结果表明,掘进完成时,开挖方向沉降槽往上行线隧道方向偏移、呈现倒梯形形态,横断面影响区域为距离双线隧道轴线中心小于3倍隧道直径;上行线在下行线开挖后并不会增加地表沉降,但增大了沉降槽宽度;下行线到达前产生的沉降占最终累计沉降的67%;当盾构掘进面刚到达建筑物时、建筑物的倾斜方向与盾构掘进方向一致,当盾构掘进面离开建筑物时、建筑物将沿着盾构掘进的反方向倾斜;建筑物两侧沉降值较中部沉降值降低了83%;双线贯通后建筑物沉降呈“U”形分布,最大沉降量发生在远离隧道一侧距建筑物中心0.5 m处。     

A new simplified Hypothesis B method for calculating consolidation settlements of double soil layers exhibiting creep

This paper presents a new simplified method, based on Hypothesis B, for calculating the consolidation settlements of double soil layers exhibiting creep. In the new simplified Hypothesis B method, different stress–strain states including over‐consolidation and normal consolidation states can be considered with the help of the ‘equivalent time’ concept. Zhu and Yin method and US Navy method are adopted to calculate the average degree of consolidation for a double soil layer profile. This new simplified Hypothesis B method is then used to calculate the consolidation settlements of double soil layers, which have two different total thicknesses of soil layer (4 m and 8 m) and three different OCR values (Over‐Consolidation Ratio, OCR = 1, 1.5 and 2). The accuracy and verification of this new simplified method are examined by comparing the calculated results with simulation results from a fully coupled finite element (FE) program using a soft soil creep model. Four cases of double layer soil profiles are analyzed. Hypothesis A method with US Navy method for the average degree of consolidation has also been used to for calculating consolidation settlements of the same cases. For Case I(4m) and Case III(8m), it is found that curves of the new simplified Hypothesis B method using both Zhu and Yin method and US Navy method are very close to the results from FE simulations with the relative errors within 8.5%. For Case II(4m) and Case IV(8m), it is found that curves of the new simplified Hypothesis B method using Zhu and Yin method agree better with results from FE simulations with the relative errors within 11.7% than curves of the new simplified Hypothesis B method adopting US Navy method with the relative error up to 36.1%. Curves of Hypothesis A method adopting US Navy method have the relative error up to 55.0% among all four cases. In overall, the new simplified Hypothesis B method is suitable for calculation of consolidation settlements of double soil layers exhibiting creep, in which, Zhu and Yin method is recommended to obtain the average degree of consolidation. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.