半填半挖红粘土路基非饱和渗流与变形数值模拟

针对半填半挖路基,建立非饱和土流固耦合有限元模型,进行雨水入渗条件下红粘土路基边坡渗流与沉降变形耦合的数值模拟,计算出降雨条件下路基含水率及孔隙水压力发展变化情况,并分析填挖方不同渗透性对路基差异沉降的影响,对比边坡防护前后降雨入渗对差异沉降变形的影响。分析得出:半填半挖路基降雨入渗时,填方土体入渗快于挖方土体,随着时间的增加,饱和区逐步扩大,红粘土路基发生湿软变形,填挖交界处产生差异沉降,通过采取路基顶面及坡面的防水处理,能显著降低雨水入渗对路基内部渗流场和应变场的影响及由此造成的湿化差异沉降变形,路基边坡竖向以及侧向变形均有大幅度减小。     

高速铁路道床结构的弹性变形试验

提出了高速铁路道床结构的理论模型:道床结构是道碴单元体分子间具有摩擦力和变形能而没有吸引力的弹性变形体。从试验得出:道床结构的弹性变形与道碴材质的硬度和耐磨性成正比;不同级配道碴组成的道床结构的弹性是不一样的;道碴中多余的灰石粉会使道床结构的弹性变形变差。     

大气作用下非饱和黄土路基湿度变化及影响因素研究

以西北地区的黄土路基为研究对象,以夏秋季节大气作用下的降雨—蒸发作用对路基湿度场、温度场以及变形的循环作用机理为研究目的,采用室内物理力学试验、人工填筑模型试验等多种研究方法,详实展开了降雨—蒸发循环作用下非饱和黄土路基土体含水率、温度、孔隙水压力以及变形的动态响应规律和稳定性研究;并对不同大气作用下,路基土体湿度场、温度场以及横向变形的变化规律和影响因素进行分析。发现非饱和黄土路基边坡在降雨入渗过程中,对应着一个临界入渗强度,路基边坡的表层土体含水率的变化比较明显,中雨对路基土体湿度变化的影响深度最大,路基不同位置土体含水率受到影响的程度不尽相同,非饱和黄土路基中水分的入渗速度要大于蒸发速度。     

降雨入渗作用下路基边坡的稳定性分析

为分析降雨入渗对路基边坡稳定性的影响,考虑渗流场与应力场间的耦合作用,依据强度折减方法,运用有限元软件分析了降雨、路基几何形状及路基土物理性能对边坡稳定性的影响。结果表明:降雨强度越大、降雨历时越长,路基变形位移越大,边坡稳定安全系数减小;长时小雨造成的路基沉降较大,边坡容易失稳;路基边坡越陡,路基变形位移较小,但边坡稳定性较低;路基土渗透系数越大,路基变形位移越大,边坡稳定性降低。     

降雨引起半填半挖路基水分场与差异沉降变化的数值模拟

采用SEEP/W软件,建立半填半挖路基典型模型,研究了降雨引起半填半挖路基施工期差异沉降和水分场变化的机理。考虑到不同的降雨历时、强度、雨型对路基土水分场的影响各不相同,分析了降雨引起的半填半挖路基差异沉降变化规律,认为路基水分场的改变将会引起路基土体变形;持续降雨将使非饱和区负孔压逐渐减小,饱和区孔隙压力逐渐增大,因此路基土体在降雨初期出现压缩变形,在后期则表现为体积膨胀而发生回弹变形。     

结构层模量对柔性路面力学响应的影响

为研究不同结构层模量对路面力学响应的影响,依据弹性层状体系理论,利用有限元软件计算不同模量下的柔性路面结构设计指标,并分析其变化规律。结果表明,中基层、下基层模量增加可提高沥青混合料层疲劳寿命,上面层、中面层模量增加可以减小沥青混合料层永久变形,路基模量越大,路基顶面竖向压应变和路表弯沉值越小。     

铁路有碴道床轨道整理

有碴轨道是铁路的传统结构,它具有弹性良好、价格低廉、更换与维修方便、吸噪特性好等优点。基于这一情况,许多专家认为,从经济角度和维修管理角看,我国铁路250km下都采用有碴轨道。有碴轨道由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔等部分组成。钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大动力,并传向轨枕;轨枕承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力后再将其分布于道床,使道碴重新排列,保持钢轨正常的几何位置,并通过道床将作用力扩散传递于路基。因此,有碴轨道铁路道床的好坏将直接影响到列车运行的安全。     

连续降雨入渗作用下非饱和土路基稳定性研究

为了分析连续降雨入渗对非饱和土路基稳定性的影响，依托G30₁₁线（青海境）察尔汗-格尔木高速公路工程，基于非饱和土路基降雨入渗机理，建立公路路基降雨入渗计算模型，对比分析了非饱和土路基在降雨入渗作用下的孔压、沉降、位移与含水率随时间、空间（水平向、竖向）的分布规律，同时界定了路基降雨入渗影响范围。结果表明:在降雨入渗过程中，地表饱和区域逐渐向路基上部非饱和区域扩展，上部路基基质吸力和土体强度逐渐降低，但土体孔压和含水率逐渐增大。     

多层结构土质边坡降雨入渗过程及稳定性影响分析

为了分析多层结构土质边坡在不同降雨条件下的渗流过程以及稳定性变化规律,基于降雨入渗机理以及均质土体降雨入渗深度理论计算公式,提出了多层结构土质边坡降雨入渗深度及其稳定性计算方法,利用该计算方法分析不同降雨条件下雨水的入渗深度,同时应用数值分析方法计算多层结构土质边坡降雨入渗深度及其稳定性。研究结果表明:建立的降雨强度与降雨时间共同影响下的多层结构土质边坡雨水入渗深度理论计算公式的计算结果与数值分析得到的结果基本一致,表明该公式能较好地反应多层结构土层边坡降雨入渗过程;降雨入渗过程中靠近坡面的土层体积含水率、孔隙水压力增长速度较快,并且在土层交界面处,土层体积含水率、孔隙水压力变化幅度比较大,且靠近坡面的土层体积含水率首先达到饱和状态,随后第2层土体的含水率也逐渐达到饱和状态;降雨入渗过程中边坡安全系数随着降雨入渗深度的增加而不断降低,并且在湿润锋到达土层分界面时,安全系数有突变现象,由于不同土层之间渗透系数的差异性,使得雨水在土层分界面处易形成平行于坡面的渗流,进而导致边坡安全系数出现较大范围的波动,此时边坡最容易发生失稳破坏。     

降雨条件下含夹层公路边坡渗流特性分析

公路边坡中夹层渗透性相对强弱对其渗流场的影响极大。基于饱和-非饱和渗流计算理论,利用GEO-Studio有限元计算软件,计算了不同雨型降雨入渗下夹层渗透性相对强弱不同的公路边坡的基质吸力分布,揭示了其渗流演化规律。结果表明:(1)降雨初期基质吸力随时间逐渐减小,降雨后期,前峰型和中峰型降雨下基质吸力出现增加,降雨停止后各雨型下基质吸力均逐渐回升。(2)夹层渗透性相对强弱不同,各雨型降雨入渗下基质吸力演化规律也存在差异:基质吸力在夹层与覆盖层的界面处均呈现突变,在后峰型降雨下会出现局部饱和区域,但位置不同;夹层渗透性相对较弱时,覆盖层内的基质吸力在中峰、后峰和均匀型降雨的初期减小速度更快;基质吸力减小阶段前峰型和后峰型之间的基质吸力差异更小,但基质吸力回升阶段差异更大;夹层内基质吸力仅在前峰型和后峰型降雨下回升时存在较大差异。     

拓宽路基水力特性引发差异沉降的数值分析

拓宽路基由于压实度的不同,其水力特性存在差异。在大气作用下土体非饱和水力特性的差异会直接影响土体的应力状态差异,进而引发差异沉降。该文利用Geo-Studio有限元软件,将试验获得的不同压实度下的土水特征曲线和渗透系数输入到软件中。通过模拟广州地区长期降雨和蒸发条件,探讨了在降雨作用下新老路基差异沉降产生的因素以及影响大小,分析了降雨和蒸发过程中新老路基的含水率变化规律。结果表明:在接近降雨入渗面处的新老路基孔隙水压力变化较大;差异沉降的大小与新老路基的渗透性关系密切。     

降雨入渗对非饱和土路基稳定性的影响研究

为研究降雨入渗对非饱和土路基稳定性的影响,从非饱和土的渗透特性,降雨入渗的影响因素,降雨对土体强度的影响分析了降雨入渗机理,运用ABAQUS有限元软件进行数值模拟;结果表明:降雨入渗带给路基稳定性的影响是从坡脚向路基内部延伸到一定区域内的,从而导致路基沉降过大,使边坡浅层有可能出现失稳现象,必须采取有针对性的加固措施。可为降雨入渗条件下非饱和土路基及边坡的防护工作提供参考与借鉴。     

强降雨条件下弃土场边坡稳定性历程分析

基于饱和非饱和理论,在Geo-Studio数值模拟的基础上分析了整个降雨历时过程中,不同降雨强度条件下,山区弃土场边坡内部渗流、降雨入渗速率和边坡稳定性的变化规律。结果表明:降雨入渗过程中,坡表部分区域迅速饱和,弃土场边坡内部存在低孔隙水压力的非饱和区;在降雨的初始阶段,降雨入渗速率主要受坡表土体渗透系数的制约,随着坡表土体饱和度的增加,降雨强度逐渐转变为影响降雨入渗速率的主导因素;边坡稳定性系数在整个降雨过程中呈现先减小后增大的趋势,但边坡最危险时刻出现在降雨结束后的2～6h时间段,并非通常认为的降雨过程中;当降雨强度达到一定值时,边坡稳定性系数在降雨过程中会出现一个小幅的增加。     

降雨入渗条件下路基稳定性分析

采用非饱和土强度理论和极限平衡法,得出了考虑降雨入渗渗流力作用下的路基稳定性计算公式。把一定降雨强度和降雨持时下的路基稳定性转化为对应入渗深度内的渗流力作用下的路基稳定性。通过渗流力把入渗深度引入安全系数的计算公式,并通过安全系数对入渗深度求导,分析了入渗深度对路基稳定性的影响及其原因。通过算例,讨论降雨对路基稳定性的影响。     

水泥混凝土路面下碎石层缓冲差异沉降前后力学分析

在碎石层缓冲路基差异沉降的基础上,分析了碎石层变形缓冲前后支撑模量的变化,并提出了有限元计算模型,计算了水泥混凝土路面在均匀支撑、有碎石层差异变形缓冲调节后、无碎石层完全脱空等3种支撑状态下的挠度及应力。根据模型计算结果发现,碎石层不但可以从变形上消除路基出现的差异沉降,而且可以减小路面结构在差异沉降发生时产生的附加应力。     

路基边坡降雨入渗过程研究

造成路基病害发生的原因多种多样,而降雨则是诱发路基病害的最重要因素之一。在降雨条件下,路基边坡中雨水的入渗会导致边坡岩土体的结构及力学性质发生变化,从而导致路基病害的发生。雨水在边坡中的入渗本质是水在非饱和土体中的运动过程,从降雨入渗机理及降雨入渗近似解等方面对路基边坡的降雨入渗过程进行了研究。     

植被蒸腾作用下非饱和土路堤稳定性分析

以内马铁路某段路堤工程为依托,构建非饱和土路堤降雨-渗流-应力耦合模型,反演降雨环境下路堤边坡的饱和度、孔隙水压力和变形过程,探讨其稳定性.结果表明:随着降雨时间的增加,路堤表层土体的饱和度、孔隙水压力以及变形范围呈递增趋势,但考虑植被的蒸腾作用时可以减缓上述趋势;降雨入渗主要通过改变表层土体的饱和度、孔隙水压力以及渗...     

基于非饱和土理论的降雨入渗路基稳定性分析

采用非饱和土强度理论和极限平衡法,得出考虑降雨入渗渗流力作用下的路基稳定性计算公式。把一定降雨强度和降雨持续时间下的路基稳定性转化为对应入渗深度内的渗流力作用下的路基稳定性。通过渗流力把入渗深度引入安全系数的计算公式,并通过安全系数对入渗深度求导,分析入渗深度对路基稳定性的影响及其原因。最后通过具体算例,讨论降雨对路基稳定性的影响。     

关于孔洞型砌块对边坡降雨入渗影响的数值模拟

依据岩土饱和－非饱和渗流理论,运用有限元分析软件,对采用不同成孔方向的孔洞型护坡砌块的路基边坡在降雨条件下的渗流场、含水率分布以及孔隙水压力变化情况进行了模拟分析。研究结果表明：在孔洞率和降雨强度相同的情况下,成孔水平的孔洞型护坡砌块能更加有效地减小雨水的入渗量和入渗深度。     

海绵城市道路种植土-碎石绿化带的雨水入渗

种植土-碎石绿化带是海绵城市道路雨水入渗的重要组成部分。为分析种植土-碎石绿化带雨水入渗能力,将负孔隙水压力与相对渗透系数和体积含水率之间的关系简化为指数函数,利用试验数据对其进行了验证。基于非饱和渗流方程和拉普拉斯变换,给出了绿化带雨水入渗的数学模型。利用该模型分析了降雨条件下石家庄汇明路植被土-碎石绿化带雨水入渗特征,讨论了不同降雨条件下雨水入渗的特征和影响雨水入渗的因素。结果表明:(1)负孔隙水压力与有效饱和度和相对渗透系数之间都呈指数函数关系,可以利用负孔隙水压力与有效饱和度之间的关系推测非饱和土的渗透系数;(2)随着雨水入渗,地表处的负孔隙水压力迅速减小,植被土的体积含水率逐渐增加,植被土逐渐从非饱和状态向饱和状态过渡,雨水入渗也由非饱和入渗转变为饱和入渗;(3)随α增加,植被土上部的负孔隙水压力降低更快,表层土更快饱和,然而下部土体的负孔隙水压力降低反而趋缓;(4)降雨强度影响着植被土的设计入渗能力,降雨强度小时,雨水完全入渗,随着降雨强度增大,其设计入渗能力降低,雨量径流系数快速增加;(5)降雨强度和植被耐水湿时间是植被土设计入渗水量的重要参数,给出了植被土设计入渗水量计算方法。