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。     

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。     

软土路基“波浪型”不均匀沉降及其机制分析

在软土地基上修建道路,变形是控制道路质量和正常使用的主要因素。天津东疆港道路建立在经真空预压加固后的吹填土地基上,道路使用3 a后产生了严重的"波浪型"不均匀沉降,严重影响了车辆的行驶及人的生命安全。通过分析软土路基产生波浪变形的机制,提出了道路在建成后产生初始波浪变形,在车辆荷载作用下加剧了这种不均匀沉降的理念;建立了软土路基在波浪变形初值缺陷条件下的力学模型,通过力学分析与计算得出,在初始波浪变形条件下路基波谷受到比波峰大的车辆荷载;路基波峰与波谷处车辆动载大小的不同是加剧地基不均匀沉降变形的原因。提出利用土工格栅的加筋作用可减小不均匀沉降,通过有限元方法分析了该措施的加固效果。     

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。     

某高速公路桥头过渡段深层软土路基沉降控制方案探讨

高速公路因行车速度较高，对路面的平整度要求较高。桥头过渡段深层软土路基沉降控制效果是软土广泛分布地区影响道路平整度的重要因素。沉降控制不足往往会导致桥头跳车现象的出现，进而严重制约着道路的通行速度和行车安全。本文以南部海湾地区某高速公路桥路过渡段深层软土路基为对象，分别开展了水泥土搅拌桩复合地基和素混凝土桩复合地基沉降控制的对比计算分析。结果表明素混凝土桩对深层软土路基工后沉降控制的效果更好，可以满足公路建设对桥头过渡段深层软土路基沉降量的控制要求。     

地铁循环荷载作用下交叉隧道沉降分析

采用FLAC3D软件建立了交叉隧道的三维有限差分模型,以人工数定激励力模拟列车荷载,计算列车动荷载作用下土体的变形和应力。采用修正动偏应力长期沉降计算模型,结合分层总和法计算软土的沉降,预测交叉隧道的长期沉降规律。分析3种不同行车工况下地基长期沉降,工况1为一辆列车单独通过1#隧道,工况2为一辆列车单独通过2#隧道,工况3为两辆列车同时通过1#和2#隧道。对比不同的列车行驶速度、隧道衬砌刚度及厚度对隧道地基的长期影响。结果表明,由列车荷载引起的地基沉降主要集中在距隧道中心轴20 m范围内;在工况3下土体沉降大于工况1、2沉降之和;车速越快,沉降越小;衬砌刚度和厚度越小,沉降越大,且衬砌厚度对沉降的影响较大,衬砌刚度影响较小。     

地铁行车速度对盾构隧道运营沉降的影响分析

地铁行车荷载经轨道-道床-隧道结构传至地基,在土体内部产生循环动应力以及超孔隙水压力是引起盾构隧道沉降的重要原因。通过车-轨-隧道-地基竖向耦合动力模型分析隧道差异沉降对列车运行荷载的影响,以上海地铁一号线体育馆站附近区间隧道为工程背景建立三维数值模型,结合塑性累积应变及累积孔压经验公式进行计算,对比分析软土盾构隧道下卧土层有、无纵向差异沉降两种情况下,地铁行车速度对隧道运营沉降的影响。结果表明：列车运行速度越快,下卧土体波动越大,但衰减越快。地基差异沉降对其长期运营存在明显不利影响,随着列车速度增大,这种影响也愈加明显。当地基差异沉降小,轨道平顺条件好时,隧道长期沉降随地铁行车速度的增大而减小;当地基差异沉降突出,轨道存在明显不平顺时,隧道运营沉降随行车速度增大而显著增加。     

采空区建筑地基适宜性及沉降变形计算工程实例分析

基于稳定采空区场地并结合某一工程实例进行建筑地基沉降变形计算分析,并对采空区地基适宜性进行综合评判。提出一种适合于采空区地基的荷载影响深度 确定方法,采用概率积分法对采空区场地不同区域剩余变形进行预测,提出考虑活化变形、剩余变形、附加变形的采空区建筑地基沉降变形计算方法,研究结果表明：（1）建筑荷载相同时判别系数越小（0.10 （自重应力）、0.08 、0.07 、0.05 ）,荷载影响深度越大;判别系数相同时建筑荷载越大,荷载影响深度也随之非线性增大。（2）对于一般采空区地基,宜采用 （附加应力）= 0.10 判别标准确定荷载影响深度;对于复杂采空区地基,宜采用 0.05 判别标准确定荷载影响深度。（3）在常规方法上（ 0.20 ）确定的荷载影响深度 ,对于采空区地基经对比分析,1.4 和1.8 荷载影响深度可作为一般采空区地基和复杂采空区地基工程设计参考。（4）在不引起活化变形的最高层数建筑荷载下,地表剩余变形量非常小可忽略不计,采空区建筑地基沉降变形主要是土层附加压缩变形。（5）数值模拟结果表明,采空区内边缘沉降较大、不均匀沉降明显,不宜作为建设场地;采空区中央沉降较小,没有明显不均匀沉降,宜作为建设场地。     

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。     

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。     

列车荷载作用下高铁路基速度传递规律模型试验研究

列车运行速度的提高会加剧轨道路基结构的振动,削弱其动力稳定性,并可能产生过大的附加沉降,严重时可导致轨道路基结构失稳破坏,因此,在列车荷载作用下高铁路基结构的动力响应是世界各国高速铁路建设及运营过程中亟待解决的课题。依托典型高速铁路路基工程,利用自主研制的伺服激振控制系统,开展了大比例尺的高铁路基激振模型试验研究,通过激振器模拟列车轮轴循环加载,得到了不同频率激振力作用下路基不同层位的速度的时程变化曲线及幅值空间分布特征;揭示了列车荷载作用下路基速度幅值传递及衰减规律。研究表明,不同频率的激振力作用下路基土体的速度曲线具有明显的周期性峰值;同一频率作用下路基土体中速度幅值沿深度方向不断减小,呈指数衰减趋势,随着深度的增加。研究成果为相应实际工程的设计、施工及运营提供了一定的参考及借鉴。     

一种气泡轻质土路基受载-破坏模型试验

针对某原型工程采用的新型气泡轻质填土路基,通过室内相似模型试验和UDEC数值模拟相结合分析的手段,研究该气泡轻质土路基在受载-破坏过程中的变形特征和受力破坏机制,得到了该过程中路基内部的应变变化、应力分布以及沉降变形规律等数据。研究表明：该种气泡轻质土路基在受载-破坏过程中,内部老路基首先发生变形,当荷载达到175 kPa后,中层左侧轻质土路基内部最先发生塑性变形直至破坏;轻质土路基与老路基交接处易受老路基沉降变形与轻质土路基破坏变形的共同作用而产生弯剪破坏裂缝,最终导致路基失稳;该气泡轻质土路基受载-破坏模式是一个由内而外的从弹性变形到塑性屈服,最终发生弯剪破坏的过程,即先局部破坏再整体失稳;纵向上老路基的应力传递比轻质土路基小;一定荷载范围（小于100 kPa）内,路基变形程度与路基深度成反比。     

交通荷载作用下公路路基工作区深度研究

根据路面不平整实测资料,获得了汽车动荷载的计算模型和参数,并利用此荷载模式来分析公路结构的动力响应。考虑到公路结构的三维分层性状,利用Fourier变换技术和求解层状结构的精确刚度矩阵法,研究了公路结构在移动汽车荷载作用下的动力响应问题。为了方便工程应用,利用Odemark厚度和模量的当量转换公式,将公路结构简化为由路面、路基及地基组成的3层体系,并以此为基础分析了路基动应力的衰减规律,同时重点研究了汽车轴载大小、当量路面厚度及路基模量对路基工作区深度的影响,最后建议了路基工作区深度的定量表达式,研究结果可为公路路基设计提供参考。     

高速铁路基床现场循环加载试验研究

详细地掌握高速铁路路基的动态特性与累积变形特性是对其进行合理设计的基础。结合达成线的建设,修建了路基试验段,埋设测试元件,使用新型的ZSS50循环加载设备,对试验段路基进行了现场循环加载试验研究,模拟了不同轴重列车的动力作用,分析了路基的动态特性及沉降规律。测试结果表明：路基的动态指标及工后沉降均满足设计要求,列车轴重对路基的动态特性影响显著;路基面动态响应沿横向的分布是不均匀的,轨下位置最大,轨枕端部位置次之,线路中线处最小,总体上呈马鞍形分布;动态响应随路基深度的增加而逐渐减小,在基床表层范围内衰减较快;ZSS50循环加载设备 可准确模拟不同轴重、不同时速列车对线路的动力作用,且操作简单、坚固耐用,是研究铁路轨道及路基动态特性的理想设备。     

遂渝线无碴轨道桩板结构路基动力响应现场试验研究

通过遂渝线现场实测,对CRH2动力分散型机车在桩板结构路基试验段高速行车条件下的动响应规律进行了研究,分析路基动力响应和列车速度的关系以及动应力沿路基深度方向的变化规律等。结果表明：随车速的增大,动位移、加速度及动应力均有不同程度的增加,并在临界速度附近先增大后减小;动应力随路基深度的增加衰减很快,并且随着深度的增加,动应力值和静态应力值越来越接近;桩底土动应力较大,桩基加深了路基的动力影响范围,改善了路基土体部分的受力状态。     

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。     

动量BP算法在路基沉降预测中的应用

提出一种采用动量BP算法来预测路基沉降的方法,结合具体的工程实例,构建了预测路基沉降的具体BP神经网络模型。预测结果表明,该模型有较高的预测精度,可作为预测路基沉降的一种新方法。     

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。     

秦沈客运专线路桥（涵）过渡段路基的动力特性分析

基于离散的Fourier变换原理,对过渡段基床振动加速度进行频域分析,获取了基床表层的振动加速度幅值谱、功率谱、相位谱以及线路不同横断面的基床表层振动第一主频值随速度变化规律;通过对过渡段路基不同工况下动态响应的原位测试,分析了路桥(涵)过渡段线路纵向的动态响应以及车速、轴重与动态响应之间的关系和动应力沿路从深度方向的变化规律等。上述这些数据分析结果,为高速铁路过渡段的设计与施工提供了重要参考。     

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。