风积沙路堤地震动荷载作用下动力响应及其频谱特性分析

为了研究风积沙路堤在地震动荷载下的动力响应及其频谱特性,设计和制作了模型路堤并进行振动台试验,借助在模型路堤中预先埋设的加速度传感器测得的数据,进行风积沙路堤的地震动力响应分析。研究结果发现路堤的滤波作用较为显著,先期震动强度和次数对风积沙路堤的动力响应特性有规律性的影响,另外随着加载的动荷载强度的增大,风积沙路堤对输入地震波的加速度放大倍数呈非线性的减小。得出结论:风积沙路堤的阻尼比、自震频率、动模量等参数在动荷载作用下呈现出规律性的变化,而这也是风积沙路堤的动力响应呈现规律性变化的原因。     

土石混填路堤基底坡度效应的数值模拟研究

在山区高速公路建设中,路堤多采用土石混合料填筑。结合西部某高速公路工程项目,对其红色碎屑岩类无粘性土石混填路堤进行数值模拟,着重研究路堤基底角度从0°变化到20°时路堤及基底附近的应力形变场特征及其变化规律。结果表明,路堤内的最大沉降值和最大水平位移值随基底坡度的增大而减小,其位置逐渐升高,并逐渐向坡面靠近。而路堤内应力的分布受坡度的影响不明显。     

绢云母片岩土石混合料高填方路堤变形特征和规律研究

高填方路堤结构具有沉降量大、沉降不均匀等特点,极易产生路堤病害。为解决此类问题,文中以十巫北高速公路工程为依托,对绢云母片岩土石混合料高填方路堤在不同工况下填筑过程中的变形特征及其规律进行研究。结果表明,在填筑过程中,路堤最大沉降随填筑层厚的增加而增大,而层厚对侧向位移没有明显影响;高填路堤填筑高度与沉降和侧向位移呈正相关,坡脚附近出现了隆起,且隆起值也与填筑高度呈正相关;路堤的沉降和侧向位移随弹性模量的提高逐渐减小,在弹性模量大于15 MPa后,对路堤沉降和侧向位移影响明显变小;路堤的最大沉降量、侧向位移随着路基坡度的减缓而增大;路堤中心沉降和侧向位移随着压实度的增大而减少;现场观测数据验证了模拟的准确性,说明路堤沉降的规律为沉降在前期发展较快,后期逐渐减缓趋于稳定。     

路基边坡坡率对路基热稳定性影响

根据能量平衡原理,建立的能够反映冻土温度场变化特征的控制方程。通过对比实测数据与数值计算数据,验证模型的可靠性。利用该模型分析了边坡坡度对温度场的影响。结果表明：随着坡度的减缓,冻土上限有所提高。继续减缓坡度,冻土上限将下降。路堤边坡及坡脚下浅层地温随坡度的变缓而降低,坡度对较低年平均气温的路基温度场影响较小。越是靠近路堤中心线位置,受到路基边坡的影响越大。     

高填土路堤边坡地震稳定性静动力法比较分析

研究用不同的计算方法，输入不同的地震波和地震烈度，同时结合路堤有关参数的变化，找出高填土路堤边坡稳定系数的变化规律。计算分析时采用静力法、拟静力法、静力有限元法和动力有限元法；动力反应分析时分别输入美国EL Centro地震波和按规范反应谱拟合的人工合成地震波。结果表明：路堤有关填土参数的变化对稳定系数的影响程度各不相同。     

车辆荷载作用下桩承式加筋路基的动力特性分析

以车辆荷载作用下桩承式加筋路基为研究对象,引入黏弹性人工边界,建立了三维车辆-路基整体有限元分析模型,分析了车辆动荷载作用下桩承式加筋路基的动力响应特性。结果表明:加筋体的存在可有效减小车辆荷载作用下路基的动力响应,随加筋体层数及其弹性模量的增加,路基的动力响应减小更为显著;随着车辆荷载频率的增加,路基路面沉降及内部应力增大;路基竖向位移随桩间距的增加而增加,桩的模量对路基的动力响应也有一定的影响。     

斜坡地基上填方路堤极限承载力影响因素分析

影响斜坡地基上填方路堤极限承载力的因素主要有:斜坡坡度、路堤填土高度、路堤顶面宽度、路堤边坡坡度等。运用极限分析上限法对斜坡地基上不同斜坡坡度、不同填土高度、不同路堤宽度以及不同路堤边坡坡度的填方路堤极限承载力进行计算,得出了各个因素对其极限承载力的影响。研究结果表明路堤填筑高度和顶面宽度对其极限承载力的影响最大,其次为斜坡坡度的影响,而路堤边坡坡度对其影响并不显著。建议综合考虑斜坡坡度、填土高度、路堤宽度、路堤边坡坡度、极限承载力等各种因素来指导斜坡地基上填方路堤的设计与施工,以确保山区高速公路安全畅通。     

地震峰值加速度对填筑路基地震响应特性的敏感性分析

针对填筑路堤地震作用下的动力响应敏感性,采用数值模拟方法研究典型填筑路堤内部在地震作用下的动力参数(加速度、速度、位移)及残留位移等随地震峰值加速度的变化规律及敏感关系,分析结果对明确填筑路堤动力稳定性的关键部位,提高路基设计水平等均具有较强实用价值和指导意义.     

桩承式加筋路堤关键问题研究

利用弹塑性有限元方法研究了桩承式加筋路堤应用中的几个关键问题,包括桩承式路堤的沉降组成和分布规律、适用条件、荷载分担比的影响因素等。具体研究了未打穿软土层情况下不同路堤高度时的路堤沉降规律,在打穿和未打穿2种情况下荷载分担比随桩托板尺寸、桩间距、路堤高度等因素的变化规律及土工格栅的作用。结果表明:路堤沉降主要取决于桩端以下软土层的压缩;荷载分担比随桩托板尺寸和路堤高度的增加而增大,随桩间距的增加而减小;土工格栅对荷载分担比和路堤沉降影响都不大。     

风化料包边填砂路堤边坡稳定性分析

为研究风化料包边河砂填筑路堤的边坡稳定性,基于强度折减法计算分析了填料压实度、含水率、路堤高度、边坡坡度及风化料包边宽度等诸多因素对边坡安全系数的影响规律.结果表明,路堤高度确定时,随着边坡坡度的增大,路堤的边坡稳定性显著下降;随着砂含水率的减小,安全系数呈增大趋势.在文中涉及的工程条件下,风化料包边宽度不对安全系数起决定性作用,其宽度可依据施工压实要求和料源的丰足程度确定.方差分析表明,边坡坡度、风化料包边宽度及填料含水率3个因素对边坡稳定性影响的程度依次为:边坡坡度＞含水率＞风化料包边宽度.     

超载超速作用下风积沙低路堤与地基动力特性研究

建立移动简谐荷载作用下三维路堤与换填地基动力响应模型,对超载、软土地基换填及行车速度等因素影响下的风积沙低路堤与地基动力响应展开研究。结果表明:①超载20%时,路基动力响应影响深度为6.9 m,远大于标准轴载下的1.9 m,超载对路基路面造成了较大的破坏;②对盐渍化软土地基采用砂砾换填处治后,改善了上部路基的变形特性;③不同车速工况下,动荷载的作用时间与幅值是动力响应的主要影响因素;高速行驶的车辆对路基动力响应的影响比低速要大得多。     

路面不平度对低路堤动应力的影响研究

基于正弦函数变化的路面不平度和两自由度的四分之一车辆模型,推导出车辆随机动荷载计算公式,研究路面不平度对车辆荷载作用下低路堤动力响应的影响规律。建立车-路耦合三维动力有限元模型,计算分析6种工况下不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤的动应力,得出低路堤动应力均随路面不平度值的增加而增大,且与车辆附加动荷载系数m近似为线性关系;提出不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤动应力计算模型,并对比有限元模型得到的低路堤动应力与应力计算模型得到的低路堤动应力。     

支座加载速度对高架桥地震响应的影响研究

为研究橡胶支座在不同加载速度下对高架桥地震响应的影响,以某公路连续高架桥为对象选取其中某一桥墩进行基于速度加载控制的实时子结构试验,对比分别采用天然橡胶支座、高阻尼支座和超高阻尼支座的桥梁在地震波作用下的动力响应随加载指数的变化,基于改进超弹性Zener模型采用MATLAB软件对桥梁的地震响应进行数值分析。结果表明:超高阻尼支座的速度相关性较强,高阻尼支座次之,天然橡胶支座的速度相关性较弱;支座的速度相关性对高架桥地震响应的影响随加载指数的增大而增大,加载指数从0.2增加到1.0,采用超高阻尼支座时桥梁的位移响应和内力响应减小最多,支座耗能降低最多。     

土工格栅加筋陡边坡路堤位移特性的试验研究

为了解土工格栅加筋陡边坡路堤的位移特性,通过离心模型试验和土工格栅应变的现场观测进行了研究.获得了土工格栅加筋路堤横断面位移分布和路堤中土工格栅应变随时间变化的情况,发现在边坡坡脚浸水的情况下,加筋模型有绕边坡坡脚倾覆的趋势,倾覆趋势随加筋密度的增大和边坡坡度的增大而增大,而不加筋路堤边坡发生了滑塌,表明土工格栅的加入提高了路堤的整体性.在边坡坡脚浸水的情况下,地基土体在边坡坡脚附近的推移以及在路堤下部的沉降是路堤破坏的主要原因,有无加筋、加筋密度和边坡坡度对地基土体位移的分布特性影响不大.     

基于有限元强度折减法的粗粒料路堤稳定性研究

为研究山区高等级公路粗粒料高路堤填筑及质量控制关键技术,采用有限元强度折减法对综合位移失稳判据分析粗粒料路堤稳定的适用性及参数影响情况。结果表明,综合位移失稳判据在粗粒料路堤稳定有限元强度折减分析中是可行的,基于综合位移失稳判据所得的安全系数随剪胀角的增大而增大,随荷载分级次数的增加而增大,随折减范围的减小而增大。     

复杂陡坡地形条件下高填路堤变形的数值模拟研究

以京台高速公路（平潭段）工程为依托，选取3处典型断面，在FLAC3D数值平台上分别研究坡度陡缓、坡面形式以及坡脚形式下的高填路堤沉降及侧移变形规律。研究结果表明:一定范围内坡度的减小会导致沉降及侧移变形量增大，且最大沉降处呈现上移的趋势；坡面折线角度变化不大的情况下，直线陡坡相较于折线陡坡能减少路堤的变形量，但其影响效果较为有限；相较于坡脚平坡，坡脚反坡会使得路堤沉降和侧移变形显著减小。因此，在陡坡高填路堤填筑中可通过设置坡脚反坡、在一定范围内增加陡坡坡度等手段来提高路堤分层填筑的稳定性。     

隧道洞口部边坡动力响应特性振动台试验研究

我国西南地区建有大量的公路、铁路隧道工程,地震条件下隧道洞口部边坡的动力响应特性不仅控制边坡的变形破坏机制,而且也是隧道洞口部边坡动力支护设计的依据。采用大型振动台模型试验,对隧道洞口部边坡加速度及位移动力响应特性进行研究,并对比分析不同地震波波形的输入对边坡动力特性的影响。结果表明:与一般公路及建筑边坡不同,隧道洞口部边坡坡面的响应加速度具有先增大再减小再增大的特性;边坡动力支护设计采用单一峰值是偏于危险的,应综合考虑多种波形的影响。位移监测结果表明:地震波较小时边坡坡顶变形比较明显,但随着地震波幅值的增加,隧道洞口部边坡坡脚的变形急剧增加且超过了坡顶变形,因此应增强边坡坡脚的支护强度。     

基于FLAC3D的高填方路堤施工期变形分析

鉴于高填方路堤对地基承载力要求高且在填筑过程中易发生大规模沉降,采用FLAC3D对高路堤施工期的路基中心处竖向沉降和路基坡脚处水平侧向位移进行模拟,分析了影响高路堤施工期变形的主要因素。结果表明,路堤中心处沉降量、坡脚侧向位移都随路堤土高度和重度的增加而增大;但随着路堤土弹性模量的增大,路堤中心处沉降量逐渐减小,而坡脚侧向位移逐渐增大,且二者随模量变化的趋势并不显著。     

动载下桩承式路堤中平面土拱形态演化的数值模拟

精确的静、动力土拱形态是建立桩承式路堤中相应的土拱效应计算模型的基础。为研究交通动载下桩承式路堤中既有土拱形态的演化,基于典型单元体建立了二维土拱静、动力分析的弹塑性有限元模型,模型中无黏性路堤填土采用摩尔-库伦弹塑性模型,交通循环荷载采用简单的正弦波来模拟。针对不同高度的无筋桩承式路堤,考虑路堤荷载和后续的交通循环动力荷载的连续作用,计算出桩间土上方路堤中的竖向应力分布曲线。据此确定出相应的静力土拱和动力土拱的形态曲线,用于分析动力荷载对既有土拱形态的影响。最后,通过参数分析研究了主要因素对动力土拱形态的影响。结果表明:动应力在基底面并不均布,桩帽上承担了大部分的交通动载,路堤中存在动力土拱;路堤荷载下静力土拱的形态为半个椭圆,交通动载作用下动力土拱的形态仍是半个椭圆,循环动载的作用使静力土拱的高度降低,跨度增大;路堤越高,静力土拱高度降低的幅度越小,静、动力土拱的拱脚都落在桩帽上;动力土拱的高度随路堤高度的增加先增加后稳定不变,随动载作用周期的增加先减小后稳定不变;行车车速和路堤填料内摩擦角的变化对动力土拱形态曲线的影响很小。     

黄土隧道结构的振动台模型试验研究

为了研究黄土隧道结构在不同地震波及降雨条件下的地震响应和橡胶减震层的减震效果，按相似理论分别设计制作了缩尺比为1∶40的减震黄土隧道及非减震黄土隧道，在总降雨量50 mm，降雨强度10 mm·h^-1的条件下，分别加载近、远场地震波El-Centro波和Taft波，对比了地震波不同加速度条件下黄土隧道各测点的地震响应情况及土压力变化情况，通过减震模型和非减震模型各测点的应变变化情况分析了黄土隧道的减震效率。结果表明：在调幅和持时一致的情况下，黄土隧道结构对于不同的地震动具有明显的选择性，El-Centro地震动条件下的动力响应大于Taft地震动条件下的动力响应，说明黄土隧道结构的动力响应不仅取决于地震动的强度及持时，也与地震波的频谱特性有关，黄土隧道结构对近场地震波的响应大于远场地震波；对模型横向加载，模型各点的横向加速度和竖向加速度均有变化，横向的加速度响应大于竖向的加速度响应；拱顶位置的土压力较大，拱脚位置虽然土压力较小，但应变变化较大，应力集中现象明显；通过设置减震层可使衬砌不同部位的应变值均有所减小，且应变越大的部位减震率越高，不同工况下拱顶及拱脚的应变减震率接近50%，设置减震层不但可以减小衬砌结构的变形，而且能吸收地震能量，发挥围岩结构和衬砌结构的协同作用，减小土体的裂缝宽度及深度。