高速铁路土工格栅加筋土挡墙的试验研究

为了研究高速铁路土工格栅加筋土挡墙在高速列车荷载作用下的受力和变形状态及其作用机理,通过室内模型试验模拟高速列车动力荷载作用,对加筋土挡墙墙内竖向和水平动土压力、墙顶累积竖向沉降、墙面累积水平位移等分布规律进行了研究。试验结果表明,加筋土挡墙模型在经受120万次的动荷载作用后,挡墙内外部未出现明显的破坏;在动荷载作用下,墙面累积水平位移及墙顶累积竖向沉降均不超过挡墙高的1%,加筋土挡墙结构具有良好的稳定性。     

高速铁路土工格栅加筋土挡墙服役期力学行为研究

为揭示高速铁路加筋土挡墙服役期间的力学行为,对山东省青(岛)荣(成)城际铁路土工格栅加筋土挡墙进行了竣工后48个月的长期远程观测试验,研究加筋土挡墙工后力学行为的演化规律,分析加筋土挡墙墙面、墙体内及墙背位置的侧向土压力,墙体基底竖向应力及筋材拉力的实测数据分布规律和服役期的变化情况。试验结果表明:加筋土挡墙墙面及墙内位置的侧向土压力随时间基本保持稳定,工后48个月期间墙面板背部的侧向土压力约为竣工时的98.2%。加筋土挡墙墙体竖向应力在工后48个月期间基本保持稳定。墙面处土工格栅的拉力是约束墙面变形并减小墙面侧向土压力的主要因素之一,加筋土挡墙的工后变形能够满足高速铁路对于路基变形的要求。     

混凝土塑性损伤模型在无砟轨道非线性分析中的应用

为满足无砟轨道非线性损伤分析及长期服役性能研究的需求,基于混凝土塑性损伤本构理论和CA砂浆劈裂抗拉试验结果,建立可考虑无砟轨道各组成结构材料非线性损伤的有限元分析模型。主要考虑温度和列车荷载作用,对比分析塑性损伤模型与线弹性模型对计算结果的影响。结果表明:当无砟轨道结构的受力变形较小时,非线性塑性损伤模型与线弹性模型的计算结果相差不大;当无砟轨道升温幅度超过30℃、正温度梯度超过60℃/m或列车荷载大于225 kN时,两种模型的计算结果开始产生差异且随着荷载的增大而不断扩大。配筋的塑性损伤模型与现场实际结构和材料属性较为相符,可为无砟轨道非线性分析、塑性变形及损伤累积效应分析、长期服役性能研究等提供参考。     

高速磁浮倒T形梁模型试验与有限元分析北大核心

为降低传统钢筋混凝土结构中钢筋网骨架在磁场作用下对磁浮列车产生的影响,减小能耗,试验采用玻璃纤维、不锈钢纤维、玄武岩纤维、玄武岩纤维+土工格栅、玻璃纤维+土工格栅五种非金属加强筋作为骨架,浇筑加强筋混凝土倒T形梁模型,通过横向抗弯静载试验分析不同材料加强筋骨架对混凝土结构力学性能的影响;采用有限元方法建立倒T形梁混凝土损伤塑性模型研究其损伤特性,并与试验结果对比验证。结果表明:在最不利位置施加30 kN试验设计荷载,五种倒T形梁均无结构损伤、开裂等现象产生,满足设计标准;五种倒T形梁开裂荷载接近,超过设计荷载的2.8倍;考虑加强筋力学性能、工程造价等多种因素,玻璃纤维加强筋骨架较优。     

温度与围压作用下的岩石损伤本构关系研究

基于统计强度理论及损伤力学原理,以H-B准则为岩石强度准则,构建考虑温度与围压共同作用的岩石损伤演化方程及本构模型,采用理论推导与试验相结合的方法推导出模型参数;根据前人的试验参数,拟合出某大理岩在15 MPa围压、不同温度和200℃、不同围压下的应力应变曲线,与试验曲线进行比较以验证模型的可靠性。研究结果表明:所构建的岩石损伤演化方程和本构模型在15 MPa围压和不同温度情况下以及200℃温度和不同围压情况下的拟合应力应变曲线与试验曲线吻合良好,岩石杨氏模量、峰值应力和峰值应变高度一致,能够很好地反映岩石在温度和围压作用下的损伤演化和本构关系,验证了该模型及模型参数确定方法的合理性和可靠性;为岩石力学的发展和工程应用提供了新的岩石损伤模型和本构模型,具有一定的理论价值和实际意义。     

土工格栅拉拔试验与离散元数值模拟研究进展

为深入研究土工格栅的加筋机理,基于前人的研究成果,阐述拉拔试验中影响土工格栅与筋土界面特性的因素,介绍土工格栅和土体离散元建模以及拉拔荷载下筋土相互作用的可视化和量化分析结果,并提出有待深入研究的方向。研究表明:在试验研究方面,研究人员多采用传统试验方法,从试验边界条件、土工合成材料类型、土料类型及参数、加载条件等方面较为系统地研究各因素对筋土相互作用的影响;随着测试技术的发展,新型试验仪器可有效弥补传统测试方法的不足,并实现筋土界面作用分析的可视化。此外,离散元数值模拟是试验研究的重要补充,大量模拟结果可从细观层面更为深入地阐述筋土界面的作用机理。     

静动荷载下桩网结构路基土工格栅承载特性试验研究北大核心

以京沪高速铁路徐沪段路基为研究对象,通过室内大比例模型试验,研究了静动荷载作用下桩网结构路基土拱效应与土工格栅承载性能的变化规律,分析10万次动荷载作用后土工格栅的承载特性。结果表明:在路基填筑初期未形成稳态土拱前土工格栅应变增长较快,当形成稳态土拱后土工格栅应变增长趋于稳定,且桩帽边缘处土工格栅应变增长最快,土工格栅使得桩顶上方多承担了7.6%的荷载;10万次动荷载作用下,土拱效应依然有效,但是会产生一定程度的弱化,土工格栅减小了动荷载对土拱效应的削弱作用;相比静载动荷载作用下土工格栅应变增长迅速,最大增长了约19%;动荷载作用后土工格栅会产生拉力退化与软化现象。     

水泥乳化沥青砂浆蠕变试验数据处理及其数值仿真

为获得水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)黏弹性本构关系,并利用这种本构关系进行各种数值计算,结合CA砂浆单轴静载压缩蠕变试验数据,对蠕变变形进行拟合,得到了由Burgers模型表示的黏弹性参数。针对ANSYS有限元软件的计算要求,推导了将Burgers模型参数转化为Prony级数的计算公式,并采用ANSYS软件进行数值计算。计算结果表明:Burgers模型的拟合相对误差小于1.7%,能较好地反映CA砂浆的蠕变特性;利用Prony级数方法得到的计算结果与试验结果的误差在2.5%以下;Prony级数的转化公式方法简单,计算准确。     

高速铁路隧道结构缺陷致灾机理研究的关键科学问题

以高速铁路隧道健康服役重大需求为出发点,对高速铁路隧道缺陷结构检测及特征、动力荷载特征、力学行为及其动力损伤本构模型、动力响应规律、服役状态演变规律及服役性能评估等方面进行研究;指出研究中的难点:复杂形态隧道缺陷结构表征特征,衬砌裂纹扩展机制及龟裂块体结构的联动作用规律,典型缺陷结构的动力损伤本构模型构建,含缺陷高速铁路隧道三维精细仿真模型构建,以及高速铁路隧道服役状态评价体系的构建和安全阈值的识别;同时指出高速铁路隧道缺陷结构的受荷模式及动力荷载特征、缺陷结构体动力响应规律及其损伤特性、含缺陷高速铁路隧道结构状态从"缺陷→病害→致灾"的演变机制是研究中的关键科学问题。针对研究中的关键科学问题和研究难点分别提出拟采取的解决方法。     

高速铁路砂质板岩粗粒土填料蠕变特性试验研究

通过利用大型单轴固结仪对砂质板岩粗粒土填料进行低应力状态(σ=50,100,200,400和800 kPa)的单轴压缩蠕变试验,研究砂质板岩粗粒土路堤填料的蠕变性质。基于粗粒土蠕变理论,分析填料的蠕变曲线特征,确定蠕变的初始计算时间,选取常见的蠕变本构模型,利用改进的高斯-牛顿法确定压实度为95%的砂质板岩粗粒土的蠕变模型参数。研究结果表明:砂质板岩粗粒土在低应力状态下表现出具有弹性变形、稳定蠕变和无黏性流动的衰减蠕变特性;H-K-K模型更准确地反映砂质板岩粗粒土填料的蠕变特性。     

动载作用下桩网结构低路基双层土工格栅力学特性

研究目的:为研究列车动载作用下的土工格栅-桩间土-桩相互作用机理,建立桩网结构低路基加筋垫层双层土工格栅动力分析有限元模型,分析列车动载作用下的土工格栅的受力及变形规律。研究结论:(1)路基结构加筋垫层中,沿线路纵向方向的双层土工格栅其下层格栅拉力较大,列车荷载作用下,下层土工格栅的拉力增量较大;(2)上层土工格栅的竖向位移较大;沿路基横断面方向,上层土工格栅拉力较大,路基中心到坡脚的上、下双层土工格栅拉力的差逐渐减小;(3)列车荷载下的下层土工格栅拉力增量较大;(4)双层土工格栅能够减小其竖向位移和动荷载后格栅拉力的增量,进而减小沿线路纵向和沿路基横断面方向上的不均匀沉降,且较单层土工格栅更易发挥格栅的张力膜效应;(5)本研究可为铁路路基结构土工格栅工作机理分析提供思路和方法。     

软弱围岩的蠕变损伤特性及最佳支护时间

从岩体的蠕变全过程、长期强度和能量耗散的角度,分析软弱围岩的蠕变损伤特性。围岩的蠕变损伤是内部新裂纹产生和不断扩展的结果,是变形损伤与时间损伤效应的耦合。当围岩内应力水平低于其长期强度时,表现为时间损伤效应;当围岩内应力水平高于其长期强度时,表现为变形损伤效应。根据软弱围岩的蠕变损伤特性,选择合理的支护时间,使围岩的蠕变变形不至达到加速蠕变阶段,围岩强度不低于其长期强度,则可以有效避免围岩的失稳破坏。运用西原模型引入蠕变损伤变量,采用粘弹塑性理论研究软弱围岩的蠕变变形规律,提出通过位移反分析或蠕变试验方法确定模型中的蠕变参数,进而确定软弱围岩二次支护最佳时间的方法。工程实践证明该方法是合理的。     

桩网复合地基加筋垫层土工格栅变形机理研究

在武广高速铁路CFG桩加固段选取一横断面,分别在桩顶和桩间土位置的土工格栅上间隔安装14个柔性位移计,测试土工格栅作为水平加筋体随荷载、时间的变化情况,结合测试结果,研究土工格栅变形的内在机理.研究结果表明,无论是在桩顶还是在桩间土的位置,土工格栅的变形沿路基横断面在路基中心区、路肩下过渡区和路基坡脚区表现出3种不同的变化规律;土拱效应是影响土工格栅变形的重要因素,受土拱效应的作用,在桩顶和桩间土中心位置均存在局部受压区域;垫层为级配碎石时,土工格栅最易受破坏的地方位于桩土交界处,土工格栅的破坏形态更近似平底锅形而非抛物线形.     

土工格栅加筋土挡墙地震响应分析

柔性网面土工格栅加筋土挡墙是一种新型支挡结构,其面墙为柔性钢筋网面,柔性网面与水平面成73°的坡面.通过大型的模型试验,研究了以红砂岩为填料在水平地震作用下柔性网面土工格栅加筋挡土墙的动力特性.输入地震波采用ELCE＿NS地震波和HACHI＿EW地震波,峰值分别为0.342g 和0.183g.试验得出了柔性网面土工格栅加筋挡土墙在不同峰值的水平地震激励下的第1层、第3层、第5层墙顶面处的水平加速度、竖向加速度、水平动位移、竖向动位移峰值响应和沿墙高方向动应力峰值响应.通过对柔性网面土工格栅加筋挡土墙的结构分析和抗震试验,可以得出柔性网面土工格栅加筋挡土墙为优良的抗震结构,这为柔性网面土工格栅加筋挡土墙的抗震设计提供依据.     

土工格栅加筋土挡墙有限元分析与试验研究

应用现场试验、理论计算以及有限元模拟三种方法,对某高速公路土工格栅加筋土挡墙进行综合对比分析,得到较为理想的计算结果及一些有益的结论,为该方法应用于实际工程提供参考.     

水泥乳化沥青砂浆短期蠕变特性试验与模型参数分析

为研究水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的短期蠕变特性,采用现场取样的CA砂浆圆柱体试件,在WDW系列电子万能试验机上进行单轴静载蠕变试验。根据试验结果,采用Burgers模型和"四单元五参数"模型(修正的Burgers模型)描述CA砂浆的蠕变特征,分析"四单元五参数"模型参数对蠕变过程的影响。结果表明:随着荷载应力的增大,CA砂浆的蠕变变形及蠕变劲度模量均随之增大;Burgers模型与"四单元五参数"模型都能较好地反映CA砂浆的蠕变特性;"四单元五参数"模型的参数主要影响蠕变过程的初始位置、延迟弹性变形及其曲线的弯曲程度和黏性流动变形阶段的曲线斜率;考虑CA砂浆黏弹性特性对板式无砟轨道的力学分析具有一定的参考价值。     

交通荷载作用下土体黏弹塑性疲劳本构模型

路基工后沉降是路基填土在车辆动荷载及其自重作用下发生蠕变引起的,因此研究土体在交通荷载作用下的蠕变特性对预测路基工后沉降有较大意义。为利用流变力学理论成果,将车辆动荷载和路基土自重荷载简化的组合荷载做等效处理。基于分数阶微积分构建分数阶黏壶,将分数阶黏壶替换西原模型黏塑性体中常值黏性元件,即得到一种土体黏弹塑性疲劳本构模型。当组合荷载上限应力大于土体临界动应力时,模型为分数阶西原模型,可反映土体破坏型疲劳变形规律;反之,则为反映土体稳定型疲劳变形规律的广义Kelvin模型。结果表明:该模型能较好地描述交通荷载作用下土体疲劳变形特性,对试验数据拟合的相关系数在0.91以上。     

砂质板岩粗粒土蠕变特性影响因素试验研究

通过单轴压缩蠕变试验研究含水率以及颗粒组成对粗粒土蠕变的影响规律,分析砂质板岩粗粒土在不同影响因素（含水状态、颗粒组成）下的蠕变特性,并基于与试验结果相符的H-K蠕变模型,探讨含水率、细颗粒含量、应力与蠕变参数之间的关系。研究结果表明：含水率、细颗粒含量均为影响粗粒土蠕变特性的重要因素,提出通过使用干燥或饱和含水态的粗粒土填料以及使用细颗粒含量为30%的粗粒土填料的途径来控制路堤的长期沉降。     

反复荷载作用下的混凝土损伤本构模型

混凝土损伤模型的研究,实际上是研究混凝土材料的本构行为。在外界因素作用下,材料的累积变形引起结构内部损伤发展,最终的损伤将产生宏观裂缝直至整个结构破坏。根据Najar损伤理论,提出了新的分段曲线混凝土受压损伤变量模型和混凝土受拉软化段损伤变量模型,给出了不同强度混凝土损伤变量方程和损伤演化方程。通过计算对比分析认为,建议的损伤模型与已有的混凝土本构模型较吻合。该方法的优点是参数少,不同的混凝土强度有确定的损伤演变方程,可以动态分析混凝土的累积损伤程度。在此基础上,根据已有混凝土反复荷载作用下的滞回规则,建立了在某一循环荷载下的加载、再加载、卸载路径下的损伤本构模型,该模型考虑了混凝土在反复荷载作用下的应力跌落、裂面效应、强度下降、刚度退化等力学性能。应用本文建议的模型进行反复荷载下的截面损伤计算,试验结果与文献计算结果较吻合。     

土工格栅与土体界面摩擦特性试验研究

土工格栅与土体界面摩擦特性指标是加筋土结构设计的关键。基于分析土工格栅与土体的界面摩擦形式,进行了一系列室内筋土界面拉拔试验和直剪摩擦试验,测试了两种试验条件的界面摩擦特性。试验结果表明:土工格栅与砂砾料接触面抗剪强度较高,而与粘土接触面抗剪强度很低。剪切速率对两种试验方法测得的界面摩擦特性指标有不同的影响。随着法向应力的增加或剪切速率的降低,筋土界面剪应力力峰值以及其对应的剪切位移增大。土工格栅的横肋对筋土界面特性具有重要贡献。随着填料压实度的提高,土工格栅加筋效果越明显。