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。     

列车振动荷载作用下原状黄土动力特性试验

在动三轴试验的基础上,对列车振动荷载作用下原状黄土的动力特性进行研究。试验结果表明:原状黄土在一定的动应力作用下,应变随着振次的增大而增大,随固结应力的增大而减小。应变与动应力在一定条件下近似为双曲线模型。当动应力比较小时,应变与动应力呈近似的直线关系,但随着动应力增大超过了某一临界值时,原状黄土所产生的应变急剧增加,且增加速率随着振动次数的增加而增加。在一定的振动次数下,土样的应变随振动频率的增大而减小,且频率越小的土样越先出现转折点。原状黄土在固结应力比K_c为1时,动弹性模量随着动应变的增加而减小,且逐渐趋于稳定。动阻尼比随应变增大没有明显的增大趋势,分布比较离散,但其值均在0.10～0.30的范围以内变化。      

部分排水时饱和粉质黏土变围压循环三轴试验研究

围压循环变化将引起土体孔压累积,加剧土体累积塑性应变,导致地基灾变事故。为研究围压循环变化对饱和粉质黏土变形特性的影响,利用GDS双向振动三轴仪,进行部分排水时饱和粉质黏土的变围压循环三轴试验,研究不同应力路径斜率和循环动应力比时饱和粉质黏土的孔压、轴向累积塑性应变和体应变发展规律,建立部分排水条件时考虑循环围压和循环动应力耦合作用的地基粉质黏土累积应变数学模型。试验结果表明：部分排水时饱和粉质黏土孔压、轴向累积塑性应变和体应变均随循环动应力比和应力路径斜率的增大而增大;动孔压比随着振动次数的增加明显分为急剧增加、快速下降和持续平稳3个阶段;轴向累积塑性应变和体应变均随振动次数的增加而增大。当加载次数超过2 500次时,粉质黏土孔压趋于平稳,变形速率略有降低,但变形持续增加。补充试验结果表明,所建立模型与试验结果具有较高的一致性。研究结果将为交通循环荷载导致的地基灾变控制技术提供理论依据。     

部分排水时饱和粉质黏土变围压循环三轴试验研究

围压循环变化将引起土体孔压累积,加剧土体累积塑性应变,导致地基灾变事故。为研究围压循环变化对饱和粉质黏土变形特性的影响,利用GDS双向振动三轴仪,进行部分排水时饱和粉质黏土的变围压循环三轴试验,研究不同应力路径斜率和循环动应力比时饱和粉质黏土的孔压、轴向累积塑性应变和体应变发展规律,建立部分排水条件时考虑循环围压和循环动应力耦合作用的地基粉质黏土累积应变数学模型。试验结果表明:部分排水时饱和粉质黏土孔压、轴向累积塑性应变和体应变均随循环动应力比和应力路径斜率的增大而增大;动孔压比随着振动次数的增加明显分为急剧增加、快速下降和持续平稳三个阶段;轴向累积塑性应变和体应变均随振动次数的增加而增大。当加载次数超过2500次时,粉质黏土孔压趋于平稳,变形速率略有降低,但变形持续增加;补充试验结果表明,所建立模型与试验结果具有较高的一致性。研究结果将为交通循环荷载导致的地基灾变控制技术提供理论依据。     

部分排水时饱和粉质黏土变围压循环三轴试验研究

围压循环变化将引起土体孔压累积,加剧土体累积塑性应变,导致地基灾变事故。为研究围压循环变化对饱和粉质黏土变形特性的影响,利用GDS双向振动三轴仪,进行部分排水时饱和粉质黏土的变围压循环三轴试验,研究不同应力路径斜率和循环动应力比时饱和粉质黏土的孔压、轴向累积塑性应变和体应变发展规律,建立部分排水条件时考虑循环围压和循环动应力耦合作用的地基粉质黏土累积应变数学模型。试验结果表明:部分排水时饱和粉质黏土孔压、轴向累积塑性应变和体应变均随循环动应力比和应力路径斜率的增大而增大;动孔压比随着振动次数的增加明显分为急剧增加、快速下降和持续平稳三个阶段;轴向累积塑性应变和体应变均随振动次数的增加而增大。当加载次数超过2500次时,粉质黏土孔压趋于平稳,变形速率略有降低,但变形持续增加;补充试验结果表明,所建立模型与试验结果具有较高的一致性。研究结果将为交通循环荷载导致的地基灾变控制技术提供理论依据。     

饱和红层泥岩填料累积变形特性及安定界限研究

最优含水率下红层泥岩作为高速铁路路基填料的适用性已经在西南地区得到了初步验证,但饱和状态下红层泥岩填料的累积变形特性仍不明确。为此,开展了不同围压及动应力下饱和红层泥岩填料的动三轴试验,讨论了围压和动应力对填料累积变形特性的影响。结果表明：不同动应力幅值下,饱和红层泥岩填料的等效模量随振次增加,先迅速减小后趋于稳定。稳定后填料的等效模量具有应力水平相关性,随围压增大而增大,随动应力比增大而呈指数减小。不同动应力幅值下,填料变形可分为塑性稳定型、塑性蠕变型和增量破坏型3种类型。填料应变随振次增加而不再处于稳定阶段的应力状态定为塑性稳定界限应力状态。动应力进一步增加后,填料应变速率发生突增,对应的应力状态为塑性蠕变界限应力状态;塑性稳定与塑性蠕变界限应力状态对应的动应力比均低于静强度,且随围压增加呈指数衰减的规律。基床表层如用红层泥岩作填料,应考虑降雨的影响,并采取排水和改良措施以提高路基稳定性。     

单裂隙砂岩单轴压缩的中等应变率效应颗粒流模拟

加载速率对裂隙岩体的力学性质及变形破坏均有重要影响。利用二维颗粒流程序PFC2D开展了不同倾角非贯通单裂隙砂岩试件的单轴压缩试验,研究了中等应变率对裂隙砂岩应力-应变曲线特征、裂隙尖端应力状态、特征应力状态、岩体损伤及裂隙扩展等力学响应的影响规律。裂隙岩体应力-应变曲线呈现明显的波动性,定义应力突变指标 对应力突变型波动剧烈程度进行了定量统计分析：随应变率的增加,曲线应力突变波动越剧烈,且峰后明显大于峰前;随裂隙倾角的增大,波动幅度峰前增大,而峰后减小。裂隙尖端破裂应力随应变率增大均有所提高,随裂隙倾角的增大,切向剪应力 总体上呈增加变化,而法向应力 明显减小。尖端破裂时岩样加载应力 、岩样临界扩容应力 及峰值应力 均随应变率增大而增大。裂隙尖端的破裂可立即引起岩体扩容,一般应变率越低,岩体裂隙尖端破裂点 和扩容点 越接近峰值强度 。随着应变率的提高,损伤裂纹及宏观裂隙类型越多,岩体试件损伤破裂程度越强,特别是试件端部效应愈显著。裂隙首先以I型翼裂纹在其尖端起裂,而I型翼裂纹的扩展长度与加载速率与裂隙倾角具有较强的相关性。     

压实度和含水率对压实黏性土动态力学性能的影响试验研究

利用直径为? 25 mm的聚碳酸脂分离式SHPB试验装置和真空封泥作为波形整形器,以不同速度撞击试件,测试了不同压实度和含水率试件在应变率范围为600～2 500 s－1内的动态力学性能,并对试验结果的有效性进行了讨论,分析了冲击压缩荷载作用下应力-应变曲线、动态峰值应力与峰值应变,动态峰值应力和峰值应变增长因子以及比能量吸收与应变率之间的关系。研究结果表明：压实黏性土的动态峰值应力、峰值应变和比能量吸收随应变率的增大而增大,而压实度与含水率对压实黏性土的动态峰值应力、峰值应变和比能量吸收基本无影响;压实度与含水率对动态峰值应力和峰值应变增长因子有较大影响;比能量吸收随应变率而呈指数增长。     

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。     

A combined method to predict the long-term settlements of roads on soft soil under cyclic traffic loadings

In order to investigate the mechanism of the long-term settlement of road on the soft soil, an in situ measurement of a highway in southeast China was conducted during both the construction and post-construction stage. In the theoretical analysis, the long-term settlement of the pavement on thick soft soils was divided into three main components: the consolidation settlement, the creep deformation and the traffic load-induced deformation. The equivalent time line model based on the viscous–elastic–plastic theory was adopted to simulate the road settlement caused by the consolidation and creep of the subsoil. A cyclic strain accumulation model, which was obtained from laboratory tests of soil elements, was adopted to consider the road settlement induced by cyclic traffic loadings. A pavement dynamic response model was used to calculate the dynamic stresses in the subsoil generated by moving traffic loads when the road was open to service. It was found that the equivalent time line model combined with the cyclic strain accumulation model could predict the road settlement accurately at both the construction and post-construction stage. Numerical results showed that the traffic speed had limited effect on the post-construction road settlements for the speed range considered. The post-construction settlement of the road, mainly composed of the traffic-induced settlement and soil creep deformation, could be reduced significantly by increasing the embankment surcharge during the construction stage. The creep component accounted for over 10% of the total post-construction settlement, while the percentage of the creep deformation in total post-construction settlement decreased rapidly as the embankment surcharge increased.     

不平整路面上的非稳定车流荷载研究及应用

车辆动荷载是引起路面损坏的最主要原因。目前国内外相关研究多集中于单一车辆对路面结构所产生的动荷载,实际上路面结构所承受的是车流荷载,而且车流在行驶过程中各车辆的车速和车辆之间的距离会产生变化,但关于这方面的研究甚少。针对这一工程实际问题,采用微观交通流模型中的跟车模型来模拟车流行驶过程中各车辆的速度以及它们之间车距的变化,车辆振动模型采用1/4车身结构的两自由度模型,并根据国家标准GB7031-86[1]规定生成路面轮廓的时域信号。最后分析了某水泥混凝土路面在生成的车流荷载作用下的动力响应,为研究车流荷载作用下路面结构动力响应提供了基础性成果。     

山区公路典型沥青路面结构容许横向沉降差研究

大量的研究表明,路基不均匀沉降导致上部路面结构在车辆重复荷载作用下出现早期的破坏,严重影响了路面服务性能,而现有的路面结构设计未考虑路基不均匀沉降对路面结构的影响。在以往对路基不均匀沉降研究的基础上,采用有限元程序ABAQUS分析了在路基发生不均匀沉降条件下,路面承受车辆重复荷载作用的动力学响应以及路面开裂的变化过程,引入损伤变量定量描述了路面的破坏过程,分析了路基横向沉降差对路面开裂的影响,并参照路基边坡稳定安全系数的定义及规范取值。在此基础上,提出了山区公路典型沥青路面结构的容许横向沉降差值为2.2‰,并建议将其作为路基路面结构整体设计的一个控制指标加以考虑,以避免路基不均匀沉降导致的路面早期破坏,从而提高山区高等级公路的设计及建造水平。     

含反射裂纹沥青路面的动力响应分析

考虑了沥青的黏弹性,结合动力学理论,以动态应力强度因子 (dynamic stress intensity factor, DSIF)为表征参量,主要探讨含裂缝沥青路面结构在垂直载荷作用下的动力学特性,其中包括车辆行驶速度、阻尼比、基层回弹模量等因素对 的影响;同时考虑车辆对路面的水平载荷和垂直载荷共同作用下对 的影响。结果表明：车辆高速运行对道路影响要比低速运行影响小;随着阻尼比的增加, 值降低; 的大小对基层模量很敏感,基层模量越大, 值也越大;当有水平载荷与垂直载荷共同作用时, 的峰值有较大提高,而且对道路体系剪应力和拉应力影响显著。     

高速公路路基结构分析及动变形设计方法

考虑汽车运动荷载,基于实测路面不平整资料,对影响动荷载的因素进行分析,提出了动力设计荷载参数的建议值。通过Odemark模量和厚度当量假定,将公路结构简化为3层体系,并利用弹性动力学原理及Fourier变换方法获得了路基顶面动变形的计算式。结合现有规范关于路面弯沉控制的思想,考虑路面路基的相互作用及协调变形,给出了路基顶面的动变形控制标准和确定方法,依据此标准提出了一种路基动变形控制设计的方法。最后以3种典型沥青公路结构为例,进行了路基动变形控制设计。     

交通荷载作用下Kelvin地基上不平整路面的动力响应分析

为了评价不平整路面在交通荷载作用下的动态响应,从路面几何不平整出发,假设路面不平整服从正弦函数曲线,并把1/4车身结构简化为2个自由度振动体系,得到了不平整路面上的动荷载表达式。又将此荷载模式看成是作用在Kelvin地基上无限大路面板表面的移动矩形荷载,采用双重Fourier变换方法得到了不平整无限大路面板竖向位移的积分形式解,此解析解可以退化为静荷载作用下的经典解答。并利用快速傅立叶变换(FFT)方法得到了数值计算结果。分析了荷载速度,路面不平整波长、不平整幅值以及地基阻尼和地基刚度对板的动力响应的影响。结果表明,板竖向位移的分布受荷载移动速度的影响;位移幅值随着路面不平整波长和荷载速度的变化出现2个峰值;路面不平整使得位移峰值出现滞后现象,且不平整波长越小或不平整幅值越大,滞后现象越明显。     

Effect of vehicle–pavement interaction on dynamic response of rigid pavements

In the present paper, dynamic response of rigid pavements subjected to moving vehicular loads is presented using an analytical procedure based on the finite element method. The vehicle–pavement interaction effects are taken into account while developing the solution algorithm. The concrete pavement is discretized by finite and infinite beam elements. Infinite elements are helpful in appropriate modeling of end conditions. The main purpose of the development of infinite elements is to model the unbounded domain. The underlying soil medium is modeled by Pasternak model which assumes the existence of shear interaction between the spring elements. The moving vehicle is represented by a mass supported by a spring-dashpot system. The vehicle -pavement interaction force is modeled with Dirac-delta function. Dynamic equilibrium equation is solved with Newmark-Beta integration scheme. It has been observed that the dynamic interaction between the moving load and the pavement has significant effect on pavement response. Parametric study is carried out to investigate the effect of vehicle–pavement interaction (VPI) and soil parameters on the response of pavement.     

Numerical Analysis of Asphalt Pavements under Moving Wheel Loads

INTRODUCTIONThe design methods of asphalt pavement areusually based on the static and elastic analysis sys-tem,though the actual loads such as wheel loads andtemperatureloads are kinetic.The mechanic responseof the pavement is sensitive to the ti me-dependentvariables.Thereis an obvious difference betweentheresults obtainedfromthe kinetic systemandthe stat-ic system.Thus,the dynamic analysisis necessarytodescribe explicitly the working condition of the as-phalt pavement.The dynamic charac…     

Dynamic responses of a poroelastic half‐space from moving trains caused by vertical track irregularities

The vibrations of railway tracks on a poroelastic half‐space generated by moving trains are investigated through a vehicle–track–ground coupling model. The theoretical model incorporates a vehicle, a track, and a fully saturated poroelastic half‐space soil medium. The source of vibration excitation is divided into two components: the quasi‐static loads and the dynamic loads. The quasi‐static loads are related to the static component of the axle loads, whereas the dynamic loads are due to the dynamic wheel–rail interaction. A linear Hertizian contact spring is introduced between each wheelset and the rail to consider the dynamic loads. Biot's dynamic theory is used to characterize the poroelastic half‐space soil medium. Using the Fourier transform, the governing equations for the track–ground system are solved and the numerical results are presented for a single axle vehicle model. The different dynamic characteristics of the elastic soil medium and the saturated poroelastic medium are investigated. In addition, the different roles of the moving axle loads and the roughness‐induced dynamic loads are identified. It is concluded that the vibration level of the free field off the track predicted by the poroelastic soil medium is smaller than that predicted by the elastic soil medium for vehicle speed below the Rayleigh wave speed of the poroelastic half‐space, whereas it is larger for vehicle speed above the Rayleigh wave speed. The dynamic loads play an important role in the dynamic responses of the track–ground system. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.