静动荷载下桩网结构路基土拱效应细观分析

研究目的:为研究列车荷载下桩网结构路基中土拱效应的形成机理和受力特性,本文通过建立桩网结构路基简化离散元模型,利用PFC~(3D)软件对土拱效应机理进行细观研究,分析颗粒间的接触力链、颗粒的横向及竖向位移以及路基中的颗粒应力竖向分布。研究结论:(1)动荷载作用后,桩间土应力增加,土拱效应被削弱;(2)动荷载作用下,路基中会形成动力土拱,大部分动力会沿动力拱传递至桩顶上方;(3)等沉面的形成与位移拱有关,位移拱范围内桩顶上方颗粒挤入桩间土区域,从而导致位移拱范围外桩顶颗粒竖向位移增大,而桩间土颗粒竖向位移减小;(4)路基中设置土工格栅会降低土拱高度,削弱应力拱内多个虚拟土拱的作用,但比土拱更能提高桩土应力比;(5)本研究结果可为铁路路基结构工作机理分析提供思路和方法。     

土工格栅加固膨胀土路堤边坡稳定性的试验分析

利用离心试验和数值模拟方法研究土工格栅加固膨胀土路堤边坡稳定性效果并给出设计参数。对不同加筋方案(竖直间距0.5、1 m)与不加筋的膨胀土路堤边坡位移的分析结果表明:(1)中心填高为10.9 m、坡率为1∶1.5的素膨胀土路堤边坡在自然状态下不稳定;(2)对于整体稳定性好,仅存在浅层破坏的膨胀土路堤,铺设长度为4 m,间距为0.6~0.8 m的土工格栅可保证路堤稳定性;(3)对于存在整体稳定性问题的路堤边坡,需加长土工格栅长度或采用通长配筋方法提高路堤边坡稳定性。土工格栅对膨胀土路堤边坡的稳定性提高有显著作用,是有效的措施。     

客运专线基床底层砾石土填料物理力学性质试验研究

对取自武汉—广州客运专线路基基床底层的砾石土填料开展颗粒分析、相对密度、多种击实、大型剪切/压缩/渗透等粗粒土特种土工试验。得到以下结论:(1)粗细颗粒含量适当的无黏性砾石土填料,较易形成密实骨架结构,从而获得优良力学性能,并表现出较好的可压实性;(2)良好级配的砾石土填料,对应规范要求孔隙率的压实系数偏低,采用压实系数作为控制指标更为严格、可靠;(3)运用构建的"模量折减率法"和"卸载回弹率法"分析发现,压实系数0.90和0.95分别对应骨架疏松和密实土体结构状态,并在强度、变形和渗透性能等方面差异明显。     

土工试验中常见问题探讨

土工试验中经常遇到一些试验数据与理论数据有较大偏差甚至错误的情况,分别从试验原理、测试方法、仪器使用等方面综合分析产生问题的可能性原因,提出在试验操作过程中减少试验偏差应注意的事项和要点。     

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。     

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。     

长益城际宁乡Q_2网纹黏土特征及成因分析

研究目的:长益城际沿线广泛分布Q_2棕红色网纹黏土,土层厚度达5~30 m。城际铁路对路基的沉降变形控制十分严格,针对此种路基如何进行合理处理是一个关键问题。由于土体的成分、结构、成因对工程性能有着很大的影响,本文结合现场调查、颗粒分析、化学成分分析、X射线分析及微观图像,对网纹土体的成分、结构、成因进行系统研究,为地基处理方案选择提供参考。研究结论:(1)宁乡红白网纹土均以黏粒为第一优势粒级,含量在65%以上,红网纹黏粒含量大于白网纹土;(2)网纹土中SiO_2含量占总含量的60%左右,其次为Al_2O_3和TFe_2O_3,这三种物质的总含量超过85%;(3)红土中铁的含量差不多是白土的三倍,SiO_2含量相对减少;(4)白土的颗粒形状多为片状,排列较为规则,颗粒之间的接触主要为面-面、面-边接触;(5)红土颗粒结构单元体排列较自土紊乱,无明显定向排列且结构比白土小;(6)网纹土不是在单一气候条件下形成的,而是经历了多阶段的气候波动,因而是一种复合型的古土壤;(7)本研究成果可供网纹土成因研究提供参考。     

高速铁路软基处理前后指标分析和参数反演

研究目的:目前沉降计算方法和参数都是建立在软土未经过处理基础上的,经过处理后这些方法和参数是否仍然适用,对于加固前后地基土性质的变化,很少有相关的研究。另外,通过土工试验得到的计算参数,受到试样扰动等影响,参数往往不准确,因此利用现场的实测数据对相关的参数进行反演,具有重要的工程意义。本文通过高速铁路软土地基的现场试验,对粉喷桩、浆喷桩的压缩模量与无侧限抗压强度的比值,排水固结法的固结系数、压缩模量进行反演,并对地基处理前后的物理力学指标变化进行分析。研究结论:(1)搅拌桩桩体模量可以取为无侧限抗压强度的40-50倍;排水固结法处理地基的淤泥质粉质黏土层,根据实测沉降推算的固结系数为室内土工试验的2.37倍;由静力触探得到的压缩模量大多比现场实测推算的小,室内土工试验大多比推算值大;(2)真空预压处理地基对压缩模量的提高最大,提高了1.99倍,搅拌桩处理对压缩模量提高最小,仅提高了34%左右;(3)软土地层经过加固处理后,软土由高压缩性土变化为中等压缩性土,经过各种方法加固处理后,软土的含水率下降,但其饱和度基本不变,仍然为饱和土,可以采用现行的软土沉降计算方法进行计算;(4)该研究成果可为地基处理相关指标和参数提供参考。     

确定地基土先期固结压力Pc试验方法的对比研究

研究目的:通过2种试验方法的对比和综合分析,提出用非标准固结试验方法测定先期固结压力的修正方法,提高了试验的生产效率,与铁路客运专线勘察设计工期要求相适应。研究方法:通过对标准和快速固结试验结果分析对比,确定次固结修正法和K值修正法的修正方法,对修正后的结果与标准试验结果进行了误差分析,根据数理统计学原理进行检验分析。研究结果:对比试验数据表明,12 h快速固结试验经两种方法修正后,以95%置信度与标准固结试验所得结果无显著差异,试验工期由9 d可缩短为5 d。研究结论:对比试验研究提高了试验效率,缩短了试验工期,其结果已经纳入了《铁路工程土工试验规程》(TB 10102—2004),并被铁路勘察设计系统应用于铁路客运专线工程的土工试验中,有效地缓解了地质勘察设计的工期压力。     

土工格栅减小路堤支挡结构土压力的理论分析

研究目的:本文研究土工格栅减小路堤支挡结构土压力的工程技术,并探讨理论计算方法。研究方法:从力多边形出发,假定土工格栅同时发挥其抗拉强度,采用理论分析的方法进行土工格栅减小路堤支挡结构土压力的工程技术研究。研究结果:通过理论分析,获得了土工格栅减小路堤支挡结构土压力的理论计算方法。研究结论:本文提出的加设土工格栅路肩式桩板墙上破裂角与主动总土压力计算方法简单,具有较强的实用价值;对于较高的路肩式桩板墙可采用在填料中铺设土工格栅的方法减小土压力,进而减小桩身截面与挡土板厚度;填料宜采用不易风化的硬质岩石材料;土工格栅的铺设位置应在填方下偏中上部,具体应按其抗拉强度与破裂面内填料提供的摩擦阻力来确定;建议今后应在其布置、间距、变形特性等方面作进一步研究,使得实际与理论更相符合。     

中塞两国勘察标准与手段对比分析

为推动中国铁路勘察标准适应并进入欧美等发达国家,以匈塞铁路扩能改造工程为依托,对照塞尔维亚相应的勘察标准要求,结合该项目中勘察实践经验,从勘探量布置、勘探和原位测试方法、土的分类定名、土工试验差异、设计标准等对勘察工作的影响、主要勘察标准对比等6方面展开有针对性的对比分析。研究表明:(1)中塞两国勘察标准与手段大致相同,但部分方法和参数存在差异,中国铁路勘察标准较全面、可操作性强,但工程标准条款结论多,容易死搬硬套;(2)中国规范中环保性与人性化理念尚需加强;(3)应引入其他国家勘察标准中方便易用的原位测试方法,丰富我国勘察规范中的勘察手段;(4)应加快国际国外先进标准的采标和转化工作,提高我国勘察标准的兼容性和在国际上的适用性。     

基于极限状态法的悬臂式挡土墙设计研究

研究目的:悬臂式挡土墙是国内外常用的支挡结构,悬臂式挡土墙极限状态设计的研究,是为了考察现行规范设计该墙型的安全度并给出外部稳定性检算的极限状态设计表达式。本文通过对悬臂式挡土墙研究思路的总结和主要计算结果的分析,为该类支挡结构的极限状态设计方法研究提供思路,为规范的修编提供依据,为土压力的进一步研究提供参考。研究结论:(1)悬臂式挡土墙极限状态设计研究步骤:建立极限状态方程→计算可靠指标并确定目标可靠指标→计算分项系数及建立设计表达式;(2)悬臂式挡土墙抗滑、抗倾覆和基底应力及构件强度等可靠指标分析表明,悬臂式挡土墙整体抗滑和构件裂缝控制设计;(3)悬臂式挡土墙抗动验算可采用本文推荐的设计表达式进行设计;(4)对于悬臂式挡土墙悬臂板的结构设计,分项系数应根据土压力计算进行调整;(5)该研究结论可供悬臂式挡土墙设计参考。     

盾构管片设计中静止土压力系数选取的探讨

研究目的:静止土压力系数是盾构隧道管片结构设计的重要参数之一。在饱和软土地区进行盾构管片配筋设计时,由于地勘资料提供的静止土压力系数较小,有时会出现配筋量过大甚至难以配筋的情况。本文通过现场实测和室内试验开展对静止土压力系数的研究,为饱和软土地区盾构管片设计中静止土压力系数选取提供参考。研究结论:(1)室内试验测定静止土压力系数时,对于粉质黏土,初期侧压力系数较大,随加载时间的增加,侧压力系数逐渐减小并趋于稳定;而对砂性土,侧压力系数随加载时间变化不大;(2)现场实测静止土压力系数明显大于室内试验所测静止土压力系数固结稳定后的值,更接近于室内静止土压力系数初始值;(3)由于土体的卸荷作用,盾构施工后的静止土压力系数会有所增大;(4)水土合算法与水土分算法计算侧压力时应采用不同的侧向压力系数,建议该工程地区黏性土静止土压力系数水土分算时取0. 5,水土合算时取0. 7;砂性土采用分算法,依据地勘资料取其侧压力系数;(5)本研究成果可应用于盾构管片结构设计中静止土压力系数的选取。     

高速铁路路基粗颗粒填料冻胀特性研究

研究目的:在季节性冻土区修建高速铁路,路基冻胀变形控制是关键性难题,影响轨道的平顺性与列车运营的安全性。粗颗粒填料是国内外路基工程包括高速铁路防冻层广泛采用的填料,研究高速铁路路基粗颗粒填料冻胀特性对高速铁路路基的防冻胀,保证轨道的平顺性具有重要的意义。研究结论:通过室内和现场试验,开展了不同配比粗颗粒土的冻胀特性研究。试验结果表明:(1)粗颗粒填料在满足路基压实条件的前提下,可有效控制路基冻胀变形;(2)通过改进的室内冻胀试验,能够使试验中土样的均匀性和压实效果更接近现场工程的实际情况,从而使得试验结果更加可靠;(3)通过合理控制粗颗粒填料组分、级配、细颗粒含量等设计参数,可以达到较好的防冻胀效果;(4)本研究成果可应用于严寒地区高速铁路路基的防冻层,能够有效抑制路基冻胀,保证轨道的平顺性。     

单动双管取芯技术在松散、破碎地层中的应用

研究目的:在津秦客运专线地质勘察过程中,当遇到松散、破碎或者软弱夹层,采用常规钻探手段时,由于岩芯受到冲洗液的冲刷、钻具振动、岩芯管内的摩擦,岩芯采取率极低,甚至导致岩芯烧坏、污染、原结构破坏等情况,不能满足地质勘察和规范要求,因此必须改进钻探工艺。研究结论:(1)经钻孔生产试验证明,单动双管金刚石钻具能防止冲洗液冲刷、减少钻具振动,保持岩芯原结构,从而避免岩芯污染、烧坏;(2)采用单动双管金刚石钻进方法,提高了岩芯采取率,最高达91%,使岩芯采取率全部达到地质规范设计要求;(3)在单动双管钻具使用过程中,仍存在一定问题,还需进一步在生产试验中摸索改进。     

晋中盆地第四系地基土标准贯入试验与物理及力学参数关系的研究

山西晋中盆地内第四系地层分布广泛。依托晋中盆地内某铁路通道工程,通过现场标准贯入试验和室内土工试验,对该地区第四系地基土的标准贯入试验与部分物理及力学参数的相互关系进行研究,给出了拟合关系式及相关系数。研究成果表明:(1)修正后的标准贯入试验击数与地基土的孔隙比、液性指数和压缩系数呈反比的线性关系;(2)与压缩模量、内摩擦角和黏聚力呈正比的线性关系;(3)拟合关系式的线性相关系数均较高,说明山西晋中地区第四系地基土的上述物理及力学参数均可以用修正后的标准贯入试验击数进行定量预算。     

高速铁路中低压缩性土地基沉降控制有关问题研究

为优化和完善高速铁路中低压缩性土地基沉降控制技术,通过对大量的高速铁路路基勘察及土工试验资料的综合分析,研究中低压缩性土的基本工程特性;采用三轴试验、压缩试验、单元结构模型试验等土工试验方法,对中低压缩性土的变形状态及其随所受应力水平、时间变化的特性进行比较系统的研究,给出中低压缩性土的4种变形状态与其所受应力水平(荷载比)的关系;研究提出具有变形时间效应的地基压缩层厚度确定方法,并通过对比研究得出:高速铁路中低压缩性土地基的压缩层厚度,可采用0. 2倍应力比值法确定。     

变量相关性对分项系数的影响分析

研究目的:分项系数是我国可靠性设计规范向极限状态设计转轨的重要目标值之一。目前,我国各类可靠性设计规范所推荐的分项系数计算方法无法满足规范转轨的需要,因此建立合理的分项系数计算方法不仅是急需的,对于我国可靠性设计规范的制定也是极为必要和重要的。研究结论:(1)本文从概率基本理论出发,推导出了考虑变量相关性的分项系数表达式,对比发现:目前所通用的分项系数表达式只是新表达式的一个特例情况;(2)分析了考虑变量相关性后分项系数取值的特点,发现荷载项与抗力项分项系数具有同正负的特点;(3)通过算例形式,分析了变量相关性对分项系数的影响规律,结果表明:荷载项与抗力项分项系数之间同比变化,且该比值在数值上等于安全系数,表明考虑相关性后的分项系数能满足目前我国铁路工程可靠性设计规范基于安全系数设计法进行转轨的需求;(4)本研究成果可为我国铁路工程领域相关设计规范由安全系数法向分项系数法转轨提供理论依据和方法支撑。     

利用有效应力铲求解静止土压力系数研究

研究目的:静止土压力系数是地基土的一项重要的力学指标,确定静止土压力系数的关键是获取地基土原位状态下的水平有效应力。通过本研究,研制可同步测试土的水平总应力和孔隙水压力的有效应力铲,并拟建立有效应力铲试验确定静止土压力系数的方法。研究结论:(1)有效应力铲试验测定的水平总应力是沿铲面分布的平均值,铲面中心点处孔压测量值是超孔压分布的最小值;(2)随着孔隙水压力消散,铲面周围土体产生排水固结,导致有效应力增大;(3)与其他试验手段相比,采用有效应力铲试验贯入值计算的静止土压力系数一致性和相关性较好。     

土工材料在加陡路堤边坡中的应用分析

研究目的：迫于土地资源日益紧张、修建平原地区铁路填料匮乏的压力，探索和寻求采用土工合成材料加陡路堤边坡坡率，以达到节省土地资源的目的。研究方法：结合西安枢纽北环线工程实例，采用填料和土工材料的试验力学参数，通过对各种边坡稳定性检算方法的分析比较后，选用圆弧滑动面垂直条分法对路堤稳定性进行了分析。研究结果：得出路堤边坡内分层铺设高密度聚乙烯单向土工格栅加筋带、适当加陡路堤边坡坡率，能满足现行规范对路堤边坡稳定性的要求。研究结论：理论研究和工程实践表明，采用土工合成材料加陡路堤边坡坡率在平原高产农田区能节省珍贵的土地资源，具有良好的经济效益和社会环境效益。