交通荷载作用下公路路基动力响应研究

针对双向四车道高速公路路基路面结构形式,建立有限元模型,施加三维一致粘弹性人工边界,并基于车辆动力分析理论,对模型施加交通荷载,从而获得了路基的动力响应参数。计算结果表明:标准轴载作用下,路基内3 m深度处,竖向动应力衰减率达80 %以上,路基内竖向动应力的影响深度为3 m左右;路基顶面的竖向动应力随着距车轮外缘距离的增大迅速降低,2 m范围内衰减约90 %,竖向动位移衰减约60 %,交通荷载对路基的影响宽度为6 m左右。     

有轨电车荷载作用下路基结构动力响应分析

采用有限元程序ABAQUS建立数值模型，研究有轨电车路基在荷载作用下的动应力变化规律，分析有轨电车动应力随着不同行车速度、路基横断面位置、路基深度的传递规律，同时分析不同基床结构与地基土下动力响应的变化情况。结果表明：动应力在路基中呈现出两端大，中间小的特点，总体上呈马鞍形分布；有轨电车轮载所引起的附加应力快速衰减，在深度达到0.7 m左右时，动应力衰减一半；路基结构中的动应力随基床结构弹性模量的增大而逐渐减小，并且受基床底层弹性模量影响更大；随着地基土弹性模量增大，路基结构内动应力会略微增大，但路基结构的竖向位移会大大减小。     

考虑车辆动应力条件下的软土路基处理深度研究

针对滨海新区软基特点,在现有道路工程低填方路堤或挖方段软土路基处理深度计算方法的基础上,根据车辆对道路产生的动应力影响,提出了考虑车辆动应力条件下的软土路基处理深度研究计算方法。分析确定车辆荷载模型,并通过室外道路车辆动应力采集,验证模型准确性。通过试验采集冲击数据,采用ABAQUS软件进行数值模拟,验证了土中动应力衰减的道路模型。在此基础上模拟计算出不同轴重、速度及交通量下的动应力影响深度,参照地基沉降计算方法及路基工作区定义,确定软土地基的处理深度,得到以下结论:考虑车辆动应力及路面铺装情况下,高速公路低填方软土路基处理深度应在1.10 m以上,一级公路为1.23 m以上,二级公路为1.31 m以上,三级公路为1.4 5m以上,视重载交通情况软土地基处理深度相应增加25~40 cm。     

行车荷载作用下路基动态竖向应力测试研究

为了研究交通荷载对高速公路路基的影响,在不同交通荷载、车速及车型的情形下,对谷竹高速公路27标段路基进行了动态竖向应力测试。结果表明:在荷载作用下,路基竖向应力随深度增大而逐渐衰减,且在路基浅层衰减较慢,然后加速,达到一定深度后,再次变缓。随着交通荷载增加,路基工作深度及竖向应力也会随着增大,但荷载增到较大后,工作深度的增幅会降低。在相同交通荷载情形下,路基浅层竖向应力会随着行车速度增大而减小,但车速变化对路基的工作深度影响较小。车型对路基的影响与理论相符,增加后轴轮胎数目可以减小交通荷载对路基的影响。     

湖底明挖隧道两侧回填材料受力变形特性分析

湖底明挖隧道采用结构自防水与回填材料主动防水的方案,为研究高水位压力对湖底明挖隧道回填材料受力与变形的影响,通过现场试验测试了泥岩层、黏土层在不同埋深(1、5 m)下的土压力和孔隙水压力;利用数值模拟分析了回填层在不同上覆水位(分别为3、5、7和9 m)下的沉降变化规律。研究结果表明:随埋深增加,高水位压力对回填层土压力和孔隙水压力的上升程度加剧。埋深5 m处黏土层的土压力和孔隙水压力均最大;同埋深下泥岩层较黏土层承受的土压力和孔隙水压力较小。随着上覆水位压力增大,回填层累计沉降值不断增大;埋深1 m处黏土层的沉降累计最大,达到0.028 m。相同压力和埋深下,泥岩层的受力与位移较黏土层均较小,作为回填材料更具工程稳定性。     

基于ANSYS的高速公路路基动力响应特性模拟分析

以京化（北京-阳原县化稍营）高速公路二期路基工程为研究对象,借助非线性有限元数值分析软件AN-SYS进行了数值仿真模拟,研究分析车辆动荷载作用下路基的动力特性。结果表明：车辆动荷载作用下,路基动应力随深度的增加而呈衰减趋势;车辆动荷载对路基竖向动应力值σy影响较大,而水平向动应力值σx影响相对较小;车速差异对路基动应力值影响显著;动应力值沿水平方向衰减较快,其传递距离存在一定的范围。     

CFG桩加固高铁软土路基的动力数值分析

为研究CFG桩对高速铁路软土路基的加固效果,以福州至平潭高铁松下车站为依托,采用弹塑性有限元法,在模拟列车移动荷载的基础上,对软土路基在采用CFG桩加固前后的动力响应进行分析,研究了竖向速度、加速度及压应力的一般规律。结果表明:在CFG桩加固后,路基面竖向速度和加速度在路基面下0.3m以内减幅相对较小;0.3～3m范围内衰减速度较快;3m以上时,减幅基本接近0;CFG桩在减少列车动荷载对路基影响方面加固效果明显。     

探地雷达对不同埋深和管径非金属管线的探测分析

采用探地雷达,对不同埋深、相同直径和相同埋深、不同直径的非金属管线探测结果进行了分析。研究结果表明:非金属管线反射,能随着埋深增加而急剧衰减;目标体的反射弧形能量由中间向两翼明显衰减,且衰减速度随着埋深的增加而明显增快;相对埋深较小时,反射弧形的宽度随着埋深而增大;相对深度较大时,反射弧形的宽度随着深度而减小;在相同条件下,非金属管线反射能与直径成正比关系;土体对雷达波具有低通效应,反射波的中心频率有所降低,雷达对非金属管线的分辨率有所降低。     

基于车辆动荷载条件下的半刚性路面路基工作区深度研究

该文在研究现有路基工作区深度计算方法的基础上,根据对汽车行驶过程中动荷载变化规律的实际检测与分析,提出基于车辆动荷载影响下综合确定半刚性路面路基工作区深度的计算方法。进行室内试验采集冲击荷载的动应力数据,采用Abaqus软件进行数值模拟,对比实测数据验证道路模型准确性。进行室外道路现场观测,采集车辆动荷载数据,建立车辆动荷载模型,对比实测数据验证模型准确性。在此基础上参照现有路基工作区定义,模拟计算出不同轴重车辆在不同速度下车辆动荷载的路基工作区深度以及改变路面结构层厚度和路基填料参数对路基工作区深度的影响,得出在典型路面结构下:考虑车辆动荷载的情况,高速公路路基工作区深度应在1.14m以上,一级公路为1.23m以上,二级公路为1.29m以上,三级公路为1.42m以上,重载交通情况下路基工作区深度相应加大30~40cm。     

车辆动荷载下沥青路面的路基应力研究

鉴于现有的路基动态回弹模量试验中没有充分考虑超载车辆、行车速度、现有路面结构及车轮叠加效应对路基应力的影响,该文结合以上因素,选取3.0m为路基应力计算深度,分析动静荷载下路基应力的变化规律。结果表明:路基应力在动荷载下的值高于静荷载;随路面结构参数增加,路基总竖向应力和总侧向应力规律相似;随车辆荷载增加,路基总竖向应力显著增加,路基总侧向应力缓慢增加;随行车速度增加,路基总侧向应力增加幅度大于总竖向应力;最终给出了动荷载下路基应力的取值范围,为基于道路寿命的路面结构设计提供参考。     

卵石土地区双排桩基坑支护力学特性分析

以某卵石土地区的双排桩基坑支护工程为例，以距基坑7.8 m的4种不同既有建筑地下室埋深为控制变量，运用有限元软件，研究分析新建12.0 m基坑双排桩支护结构的水平应力变化规律。结果发现:地下室埋深从0 m变化至9.0 m时，水平应力随着埋深的增加而不断减小，表明基坑设计时可考虑地下室对主动土压力的遮拦效应，可适当对主动土压力进行折减。     

加筋土挡墙变形和受力特性原位荷载试验研究

为了研究加筋土挡墙在路基面荷载作用下的受力和变形特征,通过拉拔与原位荷载试验,进行了加筋土墙体水平土压力、墙面水平变形及拉筋应力等分布规律的研究。结果表明:筋材应力沿其长度方向呈单峰值分布,峰值距墙面1.5 m处;加载初期墙面水平位移沿墙高呈反"S"形曲线分布,极值位于墙顶和中下部;路基面荷载作用主要影响挡墙上部土压力分布,相应的侧向附加土压力近似呈倒三角分布;由于加筋土的扩散、卸载成拱效应的影响,使得竖向附加土压力向下衰减比传统挡土墙更快。     

重载铁路泥岩路基沉降数值分析

以内蒙古鄂尔多斯铁路工程为例,使用有限元分析方法建立了DK16+559断面的分析模型。计算模拟出列车以一定的速度移动过程中产生的竖向动荷载,将模拟出的列车荷载施加在路基路面上,得到路基沉降分布。结果表明:列车行驶速度在60 km/h时,路基最大沉降量为4.74×10-3 m,发生在路基表面,沉降沿竖向和水平方向逐渐减小,在深度为7.5 m处沉降趋于零;在相同行驶速度下,沉降随着深度的增加逐渐减小;随着列车行驶速度的逐渐增大,路基土体沉降的均值基本没有增大,但是变化幅值越来越大。     

列车荷载作用下路基结构动力响应分析

针对秦沈客运专线场地条件,采用有限元-无限元相结合的手段,建立列车荷载作用下路基结构动力反应的有限元数值模型,分析了列车荷载作用下,路基动力响应的分布规律,并探讨了列车速度对路基振动反应的影响规律。结果表明:路基土中竖向动应力幅值随深度增加而迅速衰减;随着列车速度的增加,路基顶面的动应力幅值呈增加趋势;列车荷载对轨道路基的影响主要体现在基床部位,因此对于高速铁路需要对其进行加强。所得结论,为铁路路基设计和加固提供了理论依据。     

钢管埋深对钢管混凝土复合桩竖向承载特性影响研究

结合广中江高速公路跨江桥梁钢管混凝土复合桩工程实际,采用数值仿真方法,对滨江大桥X3-15桩基础竖向承载特性进行数值仿真计算,并与现场试验成果进行对比分析,验证了有限元模型及参数的可靠性。在此基础上,深入研究了不同钢管埋深下钢管混凝土复合桩竖向承载特性的变化规律,计算结果表明,增大钢管埋深能有效提高钢管混凝土复合桩竖向极限承载力,钢管埋深在12m范围内增加时,桩基竖向极限承载力增加较快,钢管埋深每增加4m,桩基竖向承载力增幅2.0% ~2.2% ;钢管埋深超过12m后继续增加钢管埋深,桩基竖向极限承载力增加幅度较小,钢管埋深每增加4m,桩基竖向承载力增幅1.3% ~1.4% ;钢管混凝土复合桩竖向极限承载力由钢管段侧摩阻力、钢管段以下钢筋混凝土段侧摩阻力、钢管端部变截面处端阻力和桩端阻力组成;随着刚管埋深增大,钢管混凝土复合桩总侧阻力逐渐增大,总端阻力则均有所减小,钢管埋深由4 m增加至24 m时,桩基总侧阻力增大了6 382.8kN,增幅9.3% ,桩基总端阻力减小了6 382.8kN,减幅29.8% 。     

黄泛区粉土冲击碾压动力特性研究

黄泛区粉土含水率高、强度低、普通压实机械难以压实,因此选择冲击碾压设备对黄泛区粉土路基进行压实。为研究冲击碾压动应力传播规律,该文对冲击碾压加固黄泛区粉土进行现场试验,通过在现场布设土压力盒等监测设备,研究动应力随时间、深度和横向距离的变化规律。结果表明:动应力随时间呈对称分布;动应力随着深度增加而逐渐减小,0~1.6m内递减较快,超过1.6m后递减较慢;动应力沿横向1m范围内衰减速率较快,横向1m位置处衰减率最高可达83%;当碾压15遍时,动应力达到最大,超过15遍后,动应力有所衰减。研究结果对冲击碾压技术在黄泛平原区路基压实有一定指导作用。     

低路堤路基动力特性及长期性能技术措施研究

为探索高速公路交通荷载与降雨环境耦合作用下低路堤复杂的动力特性及长期性能保障技术措施,依托浙江省某低路堤高速公路为工程背景,结合现场埋深元件测试获取动应力、加速度、动位移等数据,分析了不同轴重和车速等条件下路基的动力特性差异,具体包括动力指标量值和竖向影响深度;考虑降雨环境对高速公路服役期路基动力特性影响,借助ABAQUS有限元分析软件建立"降雨环境-交通荷载-路基"三维数值模型,分析了降雨强度对路基服役期动力特性影响,具体包括中雨(1.25 mm/h)、大雨(2.5 mm/h)和大暴雨(10 mm/h)3类工况;考虑平原水网区低路堤高速公路受交通荷载和降雨环境长期耦合作用,结合路基填料设计、排水系统优化等角度,探讨了保障低路堤路基长期动力稳定性能的技术措施。结果表明:不同荷载条件下路基动应力、加速度和动位移存在差异,但沿路基深度均呈衰减趋势;动应力幅值与轴重成正相关,轴重20 t车辆的动应力幅值约为50 k Pa,约为轴重5 t车辆的动应力幅值的7~10倍;相对轴重10 t车辆荷载条件下,速度对动位移影响更大,轴重20 t车辆荷载条件对应动位移约0.60~1.02 mm;相比干燥路基状态,中雨、大雨和大暴雨降雨强度下路基动应力值提高约为3%~15%;合理路基填料设计可以提高低路堤刚度和强度,而完善的排水系统可降低交通荷载与降雨叠加引起的动力响应程度,均可在一定程度达到保障低路堤长期动力稳定的目的。     

下穿飞机跑道地铁区间隧道附加荷载计算方法

为更加准确方便地计算飞机滑行过程中对下穿飞机跑道的地铁区间隧道最不利作用位置的附加荷载值，将飞机22个轮子的最不利滑动荷载峰值作为飞机静荷载作用集中力，运用布辛奈斯克理论公式求解22个轮载作用下的地层附加应力值，分析不同埋深条件下最大竖向附加应力的分布规律和量值变化规律。根据荷载-结构法与飞机附加应力的理论解，确定下穿飞机跑道地铁区间隧道附加荷载的最不利分布模式，并通过回归分析得到飞机附加应力q1、q5的简化计算公式。最后通过数值模拟的方法验证了布辛奈斯克理论公式的适用性。研究结果表明： 1）随着隧道埋深的增大，飞机最大竖向附加应力与隧道竖向围岩压力的比值先迅速下降，随后缓慢下降，当隧道埋深大于50 m时，飞机最大竖向附加应力与竖向围岩压力的比值较小； 2）不同隧道埋深下的飞机最大竖向附加应力值点位置基本一致，位于距离飞机最后一排轮子2.1~3.3 m的中轴线上； 3）飞机附加荷载最不利分布模式为近似对称梯形分布模式，此时飞机最大竖向附加应力值点位于隧道拱顶正上方； 4）简化后的附加应力q1与隧道埋深z呈负相关关系，q5与隧道埋深z、隧道洞径D呈负相关关系。     

车辆振动模型作用下不平整沥青路面的动力响应

由于受到车辆荷载的影响,沥青路面出现了各种形式的破坏。为研究沥青路面的动力响应,明确其破坏机理,采用二自由度1/4车辆振动模型模拟车辆荷载,依据弹性层状理论体系,建立沥青路面三维有限元模型,通过车辆-路面相互作用系统分析动态车载作用下沥青路面不同深度的动力响应,并对车速的影响效果进行了研究。结果表明:(1)由应力随深度变化来看,最大竖向、纵向与横向应力均出现在面层表面,三向应力在面层与基层的衰减现象明显;最大水平剪应力出现在面层与基层的交界处。(2)从应力的时程变化来看,竖向与横向应力均以受压为主;纵向应力的拉-压状态变化明显,容易造成疲劳破坏;水平剪应力处于正负变化状态,容易造成剪切破坏。(3)当车速在5～10m/s区间时,车辆荷载对沥青路面影响最大;随着车速增加,竖向位移与压应力急剧减小,至15～20m/s区间时荷载的影响最小,之后以缓慢增长趋势发展。     

柔性石笼挡墙土压力的PFC2D数值模拟

使用国际上先进的颗粒流离散元程序——PFC2D,根据工程实际情况,建立了石笼挡土墙的PFC2D模型,使其发生向内和向外两种平移模式,测量土中相应深度的土压力,对整体进行了观测和研究。结果表明,(1)墙体向外平移时,在约1 m的深度范围内,各种位移量下的应力值比较接近,在5 m深度处,各种位移量情况下几乎同时达到侧向土压力和竖向土压力的最大值。(2)墙体向内平移时,在1.5 m的深度范围内,各种位移量下的土压力值比较接近而且与深度呈严格的线性关系;在2 m处,土压力都达到了极大值,之后土压力与深度呈现出明显的非线性,逐渐减小,从而提出了主动土压力和被动土压力的深度范围。