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。     

竖向荷载下加筋碎石桩复合地基数值分析

采用三维有限元程序建立了一长为6 m、直径为0.8 m的加筋碎石桩复合地基流固耦合数值模型,分析了其在堆载和孔压消散过程中的荷载传递和变形特性。较传统碎石桩,加筋碎石桩复合地基桩土应力比显著增大,超孔压、沉降和桩身侧向变形显著减小,且随筋材刚度的增大,其性能进一步改善。加筋碎石桩复合地基在桩间土固结过程中产生明显的桩土差异沉降,形成土拱效应,使得堆载结束后桩土应力比变化很小。筋材长度对加筋碎石桩复合地基桩土应力比和沉降影响显著,应对其全长加筋才能保证桩体刚度和有效减少沉降。     

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。     

重复列车荷载作用下季节性冻土区桥墩-基础场地振动特性及长期变形分析

基于高速列车运行引起的轨道-桥梁-桥墩-季节性冻土区场地的地面振动和沉降问题, 选取哈大高速铁路铁岭至四平段某桥墩及周围基础场地为测试段, 对实测数据从时域和频域两方面进行分析, 研究了桥墩及周围不同场地的振动特性, 结果表明:桥墩和基础场地的振动特性存在很大的差异, 基础场地对振动有放大效应, 且不同基础场地对振动的放大效果也明显不同。结合实测概况建立了桥墩-基础场地有限元数值模型, 分析桥墩及基础场地在不同季节的振动传播特性, 以及基础场地土体内部的应力分布情况, 并利用累积塑性应变模型对重复列车荷载作用下季节性冻土区基础场地的沉降变形进行分析, 发现场地振动加速度峰值随与桥墩距离R的增大而衰减, 且在冻结季的振动衰减速度明显小于非冻结季的; 基础场地地表的累积沉降在距桥墩R=0.5 m处最大, 且随着列车荷载作用次数的增加而增加, 最后逐步趋于稳定。     

重复荷载作用下粉性路基土累积塑性变形研究

为研究不同含水率、压实度和应力水平下路基压实粉性路基土累积塑性变形影响因素与变化规律,开展了系列动三轴试验。根据累积塑性应变随加载次数的变化规律,获得了不同含水率、压实度下粉土的临界动应力。研究表明,粉性路基土临界动应力随压实度的提高而增大,随含水率的增大而减小。为避免路面结构的破坏,路基土应力状态应控制在临界应力界限范围内。鉴于此,针对路基土临界应力范围内的试验数据,建立了路基土累积塑性变形预估模型。该模型考虑了应力和加载次数的影响。回归分析表明,该模型具有较高的决定系数,即模型具有较高的合理性与可靠性。模型的建立为基于力学经验法的路基累积塑性变形计算提供了参数。最后以典型水泥混凝土路面为例,获得了不同轴载、轴型作用下粉土路基累积塑性变形,为进一步研究路基累积塑性变形对路面结构的影响提供了思路。     

A J2‐plasticity model based on bounding surface concept

This article presents the development of a J₂ small strain plasticity model based on bounding surface concept, along with numerical examples to demonstrate model behaviors and identification of model parameter using laboratory test data. The model is motivated by the need for simulating permanent deformation accumulation of asphalt concrete mixtures, which leads to rutting in flexible pavements under repeated traffic loading. The proposed model accounts for the observation that rutting is mostly caused by shearing and takes advantage of the fact that bounding surface concept allows for the progressive accumulation of plastic deformation under constant amplitude loading condition. Analytical solutions are given for typical laboratory testing conditions. The model can be calibrated using repeated simple shear test data that are typically available for asphalt concrete mixtures. It is shown that the model is easy to use and provides a promising alternative for modeling permanent deformation accumulation in materials subjected to repetitive (cyclic) loading. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

建（构）筑物的变形控制指标

城市轨道交通和其他市政地下工程建设难免造成周边建（构）筑物的变形,确定建（构）筑物的变形控制指标是进行安全监测和控制的基础。总结目前建（构）筑物控制的各类变形参数,对其定量化研究成果进行归纳,根据收集的大量变形监测资料,划分建（构）筑物的变形损坏等级,对其沉降、差异沉降和倾斜等常规监测项目进行重点分析,并研究了建筑尺寸和变形量、损坏等级的关系。研究结果表明,砂土地层独立柱基的建筑易于产生变形破坏,应防止建筑过量沉降引起的其他变形损坏;建（构）筑物的角变量小于0.002时一般未出现较大影响;建筑尺寸影响变形的大小,应密切关注易于出现变形损坏的多层、高层建筑。     

不同振动波形对单桩桩-筏复合地基动力响应特性研究

桩-筏复合地基是控制高速铁路等路基工后沉降的一种常用地基处理技术,然而针对其在不同振动波形荷载下的动力响应特性对比研究相对较少。基于大型模型系统,开展砂土地基中单桩桩-筏复合地基大比例模型试验研究,着重分析不同振动波形加载下单桩桩-筏复合地基的累积沉降、桩底-桩侧土动土应力比、加速度及速度传递等变化规律,初步探讨振动波形对单桩桩-筏复合地基承载特性的影响机制。试验结果表明,M波振动波形对地基累积沉降的影响较正弦波振动波形对地基累积沉降的影响略大一些,对桩底-桩侧土动应力比的影响则反之;振动响应加速度和速度随着加载频率及振幅幅值的增大而增大。相关研究成果可为单桩桩-筏复合地基的理论分析与计算提供参考依据。     

不同荷载模式作用下双层软黏土地基压缩特性研究

天津滨海吹填场区典型的“上软下硬”的双层软黏土地基具有复杂的物理性质和工程特性,其在不同荷载作用模式下的变形特性有所不同,在工程实践中往往会产生较大的工后沉降和不均匀沉降,从而导致修建于其上的建筑物出现诸多工程问题。现阶段对于不同荷载作用下吹填场区形成的“上软下硬”双层软黏土地基的变形特性及机理研究甚少,导致理论研究远远落后于工程实践,制约了吹填场区经济建设的快速发展,因此对此类地基的变形特性展开研究显得尤为重要。基于此,本文针对吹填场区“上软下硬”的双层软黏土地基,开展了反复荷载和恒定荷载作用下的一维固结试验和扫描电镜试验(SEM),得到了不同荷载模式作用下的压缩特性及其微观机理,为吹填场区双层软黏土地基变形模型建立及长期工后沉降预测提供理论依据。研究表明:双层软黏土地基的压缩系数和固结系数在反复荷载作用初期明显减小,而后缓慢减小直至趋于稳定; 与反复荷载相比,恒定荷载作用下试样的压缩系数初期值增加,固结系数初期值减小,其变化量均在40% ~50%的范围内; 当荷载等级一定时,反复荷载作用引起双层软黏土地基产生的沉降量相比于恒定荷载作用多30% ~45%; 随着荷载等级的增加,土样内部大孔隙受到挤压而减少,孔隙的圆度和定向性加强,土体结构更密实,均一化程度提高; 相比于恒定荷载模式,反复荷载作用下土样内部孔隙形状更接近于圆形,孔隙定向性更好,土体内部结构强化程度大,但有序性相对较差。     

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。     

盾构隧道平行侧穿诱发的建筑纵向沉降实测与模拟分析

当盾构隧道平行侧穿建筑物时,大多关注建筑物的横向沉降规律,对其纵向沉降关注较少。为此,针对盾构隧道平行侧穿建筑物引发的空间变形开展研究。首先,对天津地铁6号线平行侧穿四座结构形式相近的砖混建筑的实测数据进行分析,得到建筑物基本变形模式;基于工程实测并考虑土体的小应变硬化特性建立三维有限元数值分析模型,研究了盾构侧穿引发的建筑物纵向挠曲、土体变形与应力变化规律,并分析了不同建筑平面长宽比的影响。结果表明,盾构隧道平行侧穿将诱发平面长宽比较大的建筑出现"下凹式"挠曲变形,纵墙中部沉降最大可为其角点沉降的2倍,平行侧穿并不能简化为平面应变问题进行分析。建筑物修建和盾构开挖将导致隧道上方土体经历较为复杂的应力变化过程,并可划分为6个阶段。沿建筑纵向基础中部的土体与边缘土体相比,其首先经历更大的压缩变形(建筑施工导致),在盾构穿越后又产生了更大的卸荷变形。当建筑平面长宽比小于2时,盾构开挖导致的纵向挠曲变形将显著减小。     

反复动载下土体的动应力累积效应及量化模型研究

土体受到反复动载作用时,土中产生的动应力在一个周期荷载结束后不会立刻释放,而是需要一定的扩散时间,其中部分应力将逐次叠加到下一次荷载产生的动应力之中,随着动载次数的增加而逐渐积累,形成动应力"累积效应"。试验结果表明,动应力累积总量与土体性质、荷载产生的动应力强度、动载频率及动载次数等因素有关,在反复动载作用下,土中产生的动应力包括单次动载产生的动应力与反复动载产生的动应力累积两部分。     

分级循环动荷载下水泥土动力特性试验研究

随着车辆载重的变化,其荷载幅值也会随之变化。然而,已有的研究大多关注恒定动荷载下水泥土动力特性,对分级循环荷载作用下水泥土的动态特性研究较少。利用GDS动三轴仪,开展一系列水泥土动三轴试验,探讨分级荷载条件下静偏应力和围压等因素对水泥土动力特性的影响。试验结果表明:水泥土的轴向塑性应变随着围压和静偏应力比的增加而增加。水泥土轴向应变在0.1%～0.5%范围,其应变发展属于稳定型,分级加卸载对应变发展过程影响较大,对最终应变影响较小。建立了考虑水泥土加卸载条件、围压和静偏应力比的塑性应变的经验模型,分级卸载的相关系数大于0.95,而分级加载的相关系数在0.8～0.9之间。分级卸载时,第一级荷载对应变发展起主导作用,而分级加载时,最大动应力比无法主导前几级荷载较小时的应变发展。在分级加卸载条件下,水泥土的骨干曲线表现为2种模式:上升型和下降型,可将其简化为多段直线,利用建立的累积塑性应变计算方法,提出了确定多段直线分界点的方法,并验证了其可行性。     

对沉降计算中变形参数的几点思考

地基在加载过程中,高应力区的土体单元因为损伤导致非线性变形的产生,地基刚度随应力水平的增加而减小。探讨了切线压缩模量、切线模量、修正切线模量、变形模量及修正变形模量的各自适用条件,指出压缩模量仅适用于完全侧限条件下地基的固结沉降分析,反映的是地基刚度随应力水平增加而增加的情况;修正切线模量由于考虑了对附加应力的修正,比切线模量更加可靠;对于工作荷载不大的线弹性地基,采用修正变形模量计算沉降比采用变形模量更加可靠。     

高速铁路CFG桩复合地基柔性载荷试验研究

高速铁路建设的迅速发展及高速铁路对路基沉降的严格要求,CFG桩在高速铁路路基的处理上得到大量运用。但铁路工程对路基的作用原理与工民建工程对地基的作用原理有本质的区别,工民建房屋建筑荷载通过基础对地基施加刚性荷载,而铁路路基直接承受上部路堤的自重和列车运行产生的柔性荷载。高速铁路CFG桩复合地基的设计都是根据工民建行业的设计理论进行,其试验结果必然与实际情况存在偏差。本文着手研究适合于高速铁路复合地基的柔性载荷试验方法,模拟高速铁路柔性加载的特性,通过数值分析对比了刚性荷载和柔性载荷作用下CFG桩复合地基的桩、土应力、位移分布情况;通过现场载荷试验对设计方案进行了验证,研究了高速铁路CFG桩复合地基的承载力特性,结果证明柔性载荷试验是可行的,能合理的模拟高速铁路CFG桩复合地基承载特性,可为柔性基础下CFG桩复合地基的设计提供基础。     

A semi‐empirical method for the liquefaction analysis of offshore foundations

This paper presents a relatively simple method for three‐dimensional liquefaction analysis of granular soil under offshore foundations. In this method, the Mohr–Coulomb model, which defines the elasto–plastic stress–strain relationship under monotonic loading, is modified to accommodate the plastic strains generated by cyclic loading. The effects of cyclic loading, evaluated from the results of laboratory tests on saturated samples of soil, are incorporated into the model. The method is implemented in an efficient finite element program for analyses of three‐dimensional consolidating soil. The practicability of the model is demonstrated by analysis of a typical offshore foundation, and the predictions of the numerical analysis are compared with the observed behaviour of the foundation. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

列车振动荷载作用下南京细砂振动累积变形特性试验研究

列车振动荷载作用下松散砂土振密造成的早期路基沉降将对列车的正常运行产生很大的影响。本文以南京地区新近沉积片状细砂为研究对象,采用英国GDS空心圆柱扭剪仪模拟列车振动荷载的实际应力路径,并考虑排水条件、试样围压和加载幅值等因素,初步研究了2000列次(14000振次)列车振动荷载作用下南京新近沉积片状细砂的振动排水特性和竖向累积变形特性。实验结果表明,试样围压对南京片状细砂的竖向累积变形的影响较为明显,同时,当试验围压较小时,加载幅值对试样的竖向累积变形的影响更大。其次,排水条件主要对列车运营前期的路基累积变形产生明显的影响,对后期的累积变形的影响基本可以忽略。最后,根据试验结果,本文也初步给出了排水条件和不排水条件下南京片状细砂的竖向累积应变增长曲线的新预测公式及其参数取值。研究结论对列车振动荷载作用下新近沉积砂性土的动力学特性及其累积变形的计算方法等问题的研究具有很好的参考价值。     

土工格栅加筋砂土地基大模型动载试验研究

为了研究土工格栅加筋砂土地基在动力荷载作用下的受力变形特性,利用自行设计的300 cm×160 cm×200 cm（长×宽×高）大比例地基模型试验装置,分别针对纯砂地基、土工格栅加筋地基进行了静动荷载破坏试验。分析地基承载力及基础沉降、地基土压力、动力加速度响应、土工格栅应变等参数变化规律,揭示了动力荷载作用下加筋砂土地基的承载力和变形特征,并对比分析静、动荷载对加筋地基承载性能的影响。试验结果表明,与纯砂地基相比,格栅单层加筋地基的承载力提高1.12倍,地基基础中轴线处沉降量减少24%,加筋土体的抗变形能力得到很大提高;加筋作用改变了地基的破坏模式,动载作用下纯砂地基为冲剪破坏而加筋地基为整体剪切破坏;筋材的存在对地基土压力及加速度峰值分别有明显的扩散作用和衰减作用,可有效降低在动力载荷下筋土的瞬态变形。     

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.