轨道交通荷载下路基土的动力学行为研究进展

随着高速铁路、城际列车、地铁和轻轨等快速轨道交通的迅速发展,以及既有铁路列车提速,列车高速运行引起的地基振动、永久变形以及一系列相关的土动力学和岩土工程问题已经成为亟待解决的关键问题。通过对国内外关于轨道交通荷载作用下地基土的动力响应的理论研究、现场测试、土的动力特性以及地基土的永久变形研究进行评述,分析和总结了目前轨道交通荷载作用下路基土研究中存在的问题,并提出了尚需进一步研究的建议。     

原有路基荷载作用对加宽工程路基沉降变形的影响分析

基于工程实例和数值模拟,分析了高速公路加宽工程中,原有路基荷载作用引起的软基性质改善对路基沉降变形的影响机理。研究表明:新、老路基的沉降变形均受软基性质改善的影响;软基性质改善改变了新路基荷载在老路地基中引起的附加应力分布,这种附加应力的改变也对老路基的沉降产生影响,而传统的计算方法不能考虑附加应力的变化对沉降的影响;对比考虑与不考虑老路基荷载作用的影响,新路基的沉降量会不同,这种沉降差异随路基高度、新路基宽度以及软基厚度的增加而逐渐增大,但老路基的沉降差异只受软基深度的影响。     

地震作用下客运专线黄土路基变形分析

以郑(州)-西(安)高速铁路为例,选择潼关路段为研究区,建立了高速铁路黄土路基动力学数值模型.研究了50年10%和2%的超越概率水平的地震作用下黄土路基的永久变形,以及地基处理后黄土地基的永久变形.结果显示,沉降主要发生在Q3,黄土中,强夯可以有效的减少地基黄土的沉降变形,但是当处理深度不够时.在强地震作用下仍然可以产生较大沉降.研究成果为地基抗震处理提供了依据.     

循环荷载作用下加筋土路基动力响应研究∗

为明确模块面板式加筋土路基在顶面循环荷载作用下的受力变形规律与机制,以延安市某加筋土路基工程为背景,开展动三轴试验,关注不同荷载强度下试样动应力、动应变等多项指标的演化趋势,同时搭建加筋土路基数值模型并完成计算,明确路基水平沉降与面板侧向位移的潜在规律,进而探讨循环荷载作用下加筋土路基工程的动力响应机制。认知如下：在循环荷载的参与下,累积轴向塑性应变随加载次数的增加呈增长趋势,即先快速增大,随后趋缓,最后稳定;塑性应变曲线形态不一,呈“宽胖型”与“陡峻型”并存的态势;Monismith 模型和改进 Monismith 模型均可较好表达累积轴向塑性应变与循环次数的内在联系,但改进 Monismith 模型更为理想,动应力幅值越大,试样变形稳定所需加载次数越多;路基沉降和面板水平变形随着荷载强度的增加而增大,但所据位置较为稳定,其中峰值路基沉降始终处于载荷外侧处,峰值水平变形则位于 0.36~0.43 h 区间。     

原有路基稳定性对高速公路加宽工程的影响分析

通过数值模拟,结合高速公路加宽工程实例,分析了在原有路基未固结稳定情况下新老路基的固结沉降变形特性,并对可能的处理方法进行了分析探讨。结果表明,新老路基的沉降随着老路固结度的减小而逐渐增大,但差异沉降却逐渐减小;当老路固结度较小时,在固结后期差异沉降可能逐渐减小;轻质路堤法和复合地基法分别处理新路地基时,各有优缺点,轻质路堤法对老路附加沉降影响较大,但能较好地控制不均匀沉降,复合地基法对老路附加沉降影响很小,但在老路固结度较低时,差异沉降较大。     

不同试验条件下高铁路基基床累积变形差异探究∗

探索循环列车荷载作用下基床的累积变形规律,是高速铁路建设养修的重要课题之一。借助试验分析累积变形仍是目前最可靠途径,但受不同类型试验条件客观差异影响,累积变形测试数据存在差异。为此,结合动三轴试验、室内模型试验和现场动力测试,对三种途径获取基床累积变形规律及差异进行探讨。研究结果表明：模型试验和激振试验获取累积变形较为吻合,测试累积变形曲线均呈快速、缓慢和稳定 3 阶段特征;借助动三轴试验结果构建累积变形经验公式分析结果与文献估算值接近,两者稳定时曲线均大于模型试验和现场测试,差值约为 0.7 mm;不同途径获取基床累积变形在铁路运营 3 年内均能达到稳定状态,最大值控制在 2.5 mm 以内。     

列车荷载下巴准重载铁路高路堤路基累积变形研究

针对巴准重载铁路高路堤典型断面,采用三维非线性有限元与经验公式相结合的方法,建立了可考虑列车-轨道动力相互作用的重载列车振动荷载引起的高路堤路基累积变形计算方法。首先,基于列车-轨道垂向耦合动力系统理论,建立重载列车-轨道动力耦合体系数值模型,并实施重载列车-轨道耦合系统动力分析;其次,建立轨枕-道床-路基-场地动力系统的三维有限元模型,并输入求解的列车振动荷载作为外部激励;最后,采用Li和Selig推荐的改进土体累积变形预测模型并结合有限元分析结果,分析了未加固和应用土工格栅加固的高路堤路基累积变形的基本特征与规律。发现土工格栅可显著减小路基的动力累积变形作用。     

面外荷载作用下砖墙抗震性能试验研究

针对村镇建筑震害中常见的砖墙平面外破坏或倒塌现象,采用气囊加载的方式,对6片足尺带翼缘砖墙进行平面外低周反复加载试验,研究了墙体的破坏特征、极限强度和位移、刚度变化和耗能能力,并考虑了墙宽、竖向荷载和加固措施等因素的影响。结果表明,带翼缘墙体的破坏形态与三边约束的混凝土板的破坏形态相似,开裂后仍能维持很大的侧向位移而不发生倒塌;竖向荷载可明显提高墙体的初始刚度和开裂强度;墙宽增大会使得墙体开裂强度和耗能能力下降,拐角采用混凝土预制板加固后,墙体耗能能力有所提高,中间增加混凝土构造柱后,墙体耗能能力进一步提高。     

路面结构对填砂路基不均匀沉降变形的力学响应

针对填砂路基产生不均匀沉降对路面结构产生破环的情况,建立起能反映填砂路堤不均匀沉降对沥青路面结构影响的有限元分析模型,通过计算分析不均匀沉降量对沥青路面结构的影响,研究不同路面结构层次组合对填砂路堤不均匀沉降的适应性。根据研究成果提出,实际工程应采取有效措施控制填砂路堤的不均匀沉降,从而延长路面使用寿命;在保证路表弯沉、道路承载能力的前提下,可适当选用模量较低的基层材料;随着底基层厚度的增加,基层底面水平向附加拉应力减小,故在实际施工中可适当增大级配碎石底基层的厚度。     

废弃口罩加筋的煤矸石路基粗粒土填料动力特性试验研究∗

为实现废弃口罩资源化再利用,将其运用于煤矸石路基的加筋中,通过开展循环荷载作用下不同加筋方式、不同口罩含量的煤矸石路基填料大型动力三轴试验,探讨了口罩加筋煤矸石路基的可行性和影响因素,研究了口罩对煤矸石路基的加筋效果。研究结果表明：（1）口罩加筋煤矸石路基粗粒土填料能取得良好的加筋效果;（2）不同加筋方式、纤维尺寸、口罩裁剪方向、路基中的口罩含量均会对口罩加筋煤矸石路基粗粒土填料的加筋效果产生影响;（3）在已尝试的试验方案中,土样每20 cm 铺设一层口罩织物的加筋效果系数为1.663,加筋效果最为出色。在不同口罩含量对比试验中,土样中口罩含量为30 个时,加筋效果系数为2.3,取得了最好的加筋效果,但从现有数据规律中可推论仍有提升空间。研究成果可为煤矸石路基填料改良提供参考。     

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富,但由于海洋环境条件的复杂性,开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约;而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程,利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷载和波流荷载的计算公式,最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合,建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型,针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析,同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析,讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明:风荷载对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大,波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大,而波浪荷载则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。     

粉土用作路堤填料的试验研究

通过对安徽地区粉土的室内改良试验,从试验的角度对不同的掺灰剂(水泥、石灰)及不同配合比改良后粉土的性质进行分析。研究改良后粉土CBR(承载比)值及无侧限抗压强度与龄期及配合比的关系,并根据室内试验的结果,提供经济合理的方案;通过对改良后粉土CBR值和无侧限抗压强度的比较,认为两者对于判断材料强度具有相关性,由试验结果拟合得到两者的关系。     

植筋搭接混凝土柱偏心受压性能试验研究

对钢筋混凝土植筋搭接柱在静载作用下的偏心受压破坏进行了探索性的研究。通过试验,得到了试验柱的承载力与锚固长度、跨中弯矩与挠度、荷载与位于搭接段跨中截面受压区混凝土应变等关系曲线。试验结果认为,钢筋混凝土搭接柱在混凝土未被压坏的前提下,发生的钢筋锚固失效主要是锚固强度失效,并确认了植筋试件的薄弱面。另外,试件破坏时的粘结应力随锚固长度的增加逐渐减小。而对FISV360S植筋胶来说,锚固长度的增加能明显地提高试验梁的极限承载力。最后分别提出了临界锚固长度计算公式和试验柱极限承载力计算公式。     

非饱和黄土静、动强度及其相关性研究

通过静三轴试验和动扭剪试验研究了非饱和黄土的静、动强度特性,对非饱和土的有效应力计算公式以及动扭剪试验Mohr-Coulomb强度指标的整理进行了讨论,提出了非饱和黄土和饱和黄土的有效应力计算的简化公式。分析了原状黄土和重塑黄土静强度指标随含水量、密度变化的规律,以及动强度指标随含水量、破坏振次变化的规律。研究了黄土静、动强度指标之间的相关性,黄土的静力强度指标与破坏振次为20次时的动力有效强度指标很接近。静、动强度指标之间有很强的相关性,提出了用黄土的静力强度指标推求相应的动力强度指标的经验公式。     

雷静电作用下储气库安全危害分析

为保障能源储备安全,探究雷电和静电对储气库安全的影响。根据雷电和静电理论,构建储气库雷静电概率模型,分析雷静电对储气库的影响。考虑天然气扩散的特殊性,选取高斯烟羽模型预测气体扩散范围,并结合闪火后果准则对闪火危害范围进行分析,构建CCPS-BST模型对爆炸危害范围预测,分析风速及大气稳定度对三种危害后果的影响。结果表明,雷静电会增加储气库泄漏后发生闪火和爆炸的概率,气体扩散范围和闪火后果沿主导风向呈梭形分布,蒸气云爆炸后果由中心向四周扩散,三种危害范围都与风速和大气稳定度呈相反的变化。研究结果可为多因素下储气库安全分析研究提供参考,为降低灾害后果和维护储气库的日常安全提供了理论依据。     

岩溶区路基承载力有限元极限分析∗

为计算岩溶区路基极限承载力,根据上、下限定理,结合有限元方法,基于MATLAB平台编制了相关计算程序。采用修正的Hoek?Brown准则来描述岩体的非线性特点,并将其嵌入到计算程序中。在此基础上,用无量纲参数N_σ、η衡量单个溶洞对路基承载力的影响,并详细分析了各参数的影响。结果表明：N_σ随着D/L（厚跨比）、GSI（地质强度指标）的增大而非线性增大,随H/L（高跨比）的增大而减小,与m_i大致成线性关系;当D/L较小时,η随α（旋转角度）的增大先增大后减小;当D/L较大时,α对η的影响不大;岩石的物理力学参数GSI、m_i、γ对η的影响可忽略不计。极限破坏模式可分为顶板冲切破坏、顶板冲切和侧壁联合破坏、顶板冒落和侧壁联合破坏。将条形基础作用在岩层的承载力的结果与已有成果进行对比,误差在3%以内,验证了本文所提方法的正确性。同时,为便于实际工程设计,提供了具体的设计表格,基本能满足大部分工程需求。