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。     

加筋土挡墙工作机理的室内试验研究

通过室内加筋土挡墙模型试验对墙面土压力及筋条拉力的测试，探讨了加筋土挡墙的工作机理。结果表明，加筋土挡墙墙面板上所受的土压力并不是传统的“主动土压力”，在一定的国筋率及加筋长度条件下，墙面板的侧向变形能有效减小墙面板土压力，有可能实现“零土压力”。     

铁路新型整体刚性面板加筋土挡墙现场试验研究

以成昆铁路新型整体刚性面板加筋土挡墙为工程依托,通过现场原型试验,研究挡墙基底垂直应力、返包体背部水平和垂直土压力、不同层位土工格栅应变、墙体压缩量及墙面水平位移的变化规律。结果表明:基底垂直应力沿筋长呈双峰分布,靠近返包体处基底垂直应力随时间而减小,其余部位随时间而增大;返包体背部水平土压力、垂直土压力沿墙高方向呈非线性分布;格栅应变随时间呈双峰变化,且从墙体底层至顶层,变化速率逐渐增大;面板完成后,墙体压缩量增长速率明显减小,路中墙体压缩量大于路肩墙体压缩量;墙面总体水平位移小于1 mm;挡墙的抗震性能良好,发生5.1级和3.3级2次地震后,基底垂直应力最大增大4.9%,返包体背部水平土压力减小3.6%～20.0%,垂直土压力减小2.0%～7.9%,格栅应变、墙体压缩量和墙面水平位移均略有增大。     

土工格栅加筋土高挡墙的现场试验研究

通过对3个不同土工格栅加筋土高挡墙的现场试验,研究土工格栅加筋土高挡墙的墙底压力、筋材变形及破裂面。研究结果表明：墙底压力的分布存在单峰现象,且墙底压力实测值大于γ.H;筋材变形沿横断面的分布出现双峰现象,墙面附近出现峰值主要是受施工工艺和墙面侧向约束的影响;随着填料填筑高度的增加,筋材变形不断增大,工后观测阶段筋材变形值在一段时间内逐渐减小,即从筋材被拉断这一破坏形式上分析,设计的最不利工况发生在施工阶段末期;对应筋材变形出现的双峰值得出挡墙的2条实测破裂面,破裂面1靠近墙面,不代表主动土压力破裂面,破裂面2代表主动土压力破裂面。因此,建议墙底压力的设计安全储备应提高,筋材的设计要考虑施工工艺和墙面侧向约束的影响。     

土工材料与高速铁路路基工后沉降控制

通过桩网复合地基沉降变形、基底土压力等观测测试,分析桩土应力分担比的变化过程、土工格栅的受力特点及沉降变形规律,探讨土工格栅等土工材料控制路堤工后沉降的效果及设计方案,并介绍了土工材料在路基工程其他方面中的应用。     

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。     

多级加筋土高挡墙的工程特性及影响因素

通过8级加筋土高挡墙工程的现场原位监测,研究多级加筋土高挡墙后土体垂直土压力、墙背侧向土压力以及土工格栅筋材应变分布规律。结果表明:墙后垂直土压力、墙背侧向土压力和筋材应变均与填土高度成正比。墙后垂直土压力沿筋材方向呈非线性分布,最大值均靠近筋材中后部;墙背侧向土压力的增长速率随填土高度的增加而逐渐减小;土工格栅筋材沿筋长方向的应变非常小,且大部分呈双峰值分布,第1个峰值靠近墙面板,第2个峰值远离墙面板。运用PLAXIS2D软件进行多级加筋土高挡墙施工过程的数值模拟,研究筋材长度、间距及填料的内摩擦角对多级加筋土高挡墙水平变形特性的影响。结果表明,筋材的长度和间距对高挡墙水平变形的影响比较显著。     

桩网支承路基结构中土拱效应及网垫受力的模型试验研究

基于相似理论,对桩网支承路基中心土拱效应进行8组模拟试验。测试桩顶轴力、桩土及路基不同高度处应力、格栅拉力和桩间土沉降随路基高度、外荷载变化特性,探讨格栅受力后变形。结果表明:加筋网垫上方竖向应力与以球形拱理论为基础的德国规范计算结果较为接近;加筋网垫下方桩间土承担竖向应力随路基高度、上覆荷载增加而增加;黏性土路基成拱效率略低于砂土路基;对于两层格栅组成的加筋网垫,下层格栅承担土拱效应竖向应力引起拉力大于上层格栅,位于桩帽之间并垂直于桩帽边格栅拉力大于平行于桩帽边格栅拉力;格栅初始松紧状态对土拱成拱效率有一定影响;格栅受力后平面变形形状近似呈悬索状。研究成果可为我国桩网支承路基结构加筋网垫相关规范提供参考。     

高速铁路桩网结构加筋网垫受力计算方法

基于高速铁路桩网结构各单元间的协调工作机理,对加筋网垫承担的竖向静动荷载及其引起的加筋体拉力、边坡推力效应引起的加筋体拉力等计算方法进行研究.土拱效应引起的桩间土竖向应力采用球形拱假设计算,动荷载引起的竖向应力采用Boussinesq假设计算;加筋体拉力由竖向荷载和边坡推力效应两部分引起,对于竖向荷载引起的拉力采用悬索理论计算,并首次考虑加筋体初始挠度的影响;计算边坡推力效应时,不仅考虑路基边坡主动土压力的产生和平衡,还综合考虑基底摩擦的协同工作.加筋网垫受到的拉力全部由加筋体承担.作为主要加筋体材料的土工格栅加筋体的最低强度可取使用年限内发生失效应变时的强度,但应考虑工程施工和环境等因素的影响.     

加筋宽度与间距对膨胀土特性影响研究

为研究挡土墙背后加筋宽度与间距对膨胀土特性的影响,以广西南宁三塘地区膨胀土为填料,铺设土工格栅形成膨胀加筋土,制作挡土墙模型,进行不同加筋宽度与间距的模型试验,研究侧向压力与膨胀变形在不同加筋宽度和间距下的变化规律.试验结果表明:纯膨胀土的渗透性很小,加筋后,土工格栅有导水作用,增加了排水通道,能在短时间排出水分,停止注水后土的体积含水率骤降,侧向压力大幅度减小;膨胀土吸水膨胀后,土工格栅与膨胀土之间存在界面摩擦力,导致土工格栅被拉紧,应变增加,同时限制膨胀土的膨胀;随着加筋密度与宽度的增加,膨胀土的膨胀变形与侧向压力减小,减小加筋间距提升的限制效果比增加加筋宽度更加明显.     

高速铁路加筋土挡墙土工格栅蠕变损伤本构模型研究

基于土工格栅加筋土挡墙良好的工程特性,在高速铁路路基中具有广泛的应用前景。土工格栅在一定环境温度和荷载水平的长期作用下会发生蠕变变形,将影响加筋土挡墙的长期工作性能。基于不同温度(20℃、30℃、40℃、50℃)和不同荷载水平(35%、40%、45%、50%、60%)下土工格栅蠕变的试验结果,分析温度和荷载对土工格栅蠕变过程的影响特性,建立了土工格栅的黏弹塑性蠕变损伤本构模型,确定了蠕变损伤模型的各指标参数值。通过室内蠕变试验结果与蠕变损伤模型理论结果的对比,论证了该本构模型的合理性与可靠性。最后,通过对土工格栅蠕变损伤模型各参数进行敏感性分析,认为塑性系数R和损伤材料参数a、n越大,土工格栅的恒速蠕变阶段越短,越容易发生加速蠕变断裂。研究结果可为高速铁路加筋土挡墙长期性能评价与工程设计提供参考。     

高速铁路无砟轨道陡坡路基桩板墙侧向位移的影响分析

针对陡坡地段路肩式桩板墙侧向位移对高速铁路无砟轨道路基沉降的影响。采用有限元数值分析并结合现场实测,以某高速铁路无砟轨道陡坡地段路肩式桩板墙工点为原型,通过逐步释放墙顶侧向位移,分析墙背土压力的变化规律;研究由此产生的路基面附加沉降大小及分布形态;建立特征部位处附加沉降与墙顶侧向位移的函数关系。研究结果表明:墙背土压力沿墙背呈先增加后减小的分布形态,最大值出现在墙顶以下6~7 m之间,现场工况条件下墙后土体已进入主动状态;墙顶侧向位移引起的路基面附加沉降沿路基横断面近似呈三角形分布,其影响范围约为17.2 m;墙顶侧向位移与路基面附加沉降基本呈线性关系;现场工点墙顶侧向位移s与近墙钢轨轨下路基面沉降e的解析关系为e=0.4s,工后墙体侧向位移引起的路基面附加沉降仅为工后沉降规范允许值的13%。     

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.     

路基加筋垫层土工格栅拉力计算方法研究

研究目的:土工格栅加筋垫层具有扩散应力、调整桩土应力比、提高地基承载力和减小不均匀沉降的作用,在铁路复合地基中得到了广泛应用,但目前格栅拉力的计算方法并不统一,因此有必要针对土工格栅拉力的计算方法展开系统研究,以期为铁路复合地基格栅垫层的设计提供参考。研究结论:以武广客运专线为工程背景,总结了不同格栅拉力计算方法,建立平面有限元分析模型,在考虑不同格栅模量的条件下,分析了路基填筑过程中地基面沉降、土工格栅受力及桩土应力比的变化规律。填土高度增加到一定程度后,地基面沉降、土工格栅受力及桩土应力比增加趋缓,格栅模量的增加使土工格栅受力增加明显,加筋垫层的使用可以有效地解决桩顶应力集中的问题,对地基沉降能起到较好的控制作用。     

影响加筋土挡墙墙背水平土压力的参数分析

结合加筋土挡墙离心模型试验墙背水平土压力数据,验证数值模拟的可行性,在此基础上通过FLAC~(3D)数值模拟,研究刚性地基加筋土挡墙的力学特性及其影响因素。在进行数值模拟时,通过改变筋材的长度、竖向间距和刚度及有无连接件,探讨其对挡墙背后水平土压力的影响。研究结果表明,筋材模量及连接件对墙背水平土压力的影响最为显著,采用合理的筋材设计参数组合,可以有效减小墙背处的水平土压力及墙面板位移,提高挡墙的整体稳定性。在实际工程中两个因素都应该引起重视,研究结果可为相关工程提供一定的参考及建议。     

高填方黄土明洞顶EPS板和土工格栅共同减载计算及土拱效应分析

基于土压力减载机理,推导高填方黄土明洞顶铺设EPS板和土工格栅共同减载的明洞顶土压力计算公式。利用ANSYS软件模拟不同弹性模量EPS板和土工格栅共同减载时高填方黄土明洞顶的土压力,采用荷载等效方法将数值模拟的"波浪形"分布的土压力转化为均布荷载,将其与公式计算结果进行对比。结果表明:明洞顶土压力均随内外土柱沉降差的增大而减小,公式计算结果与数值模拟结果最大相对误差为3.59%,验证了计算公式的正确性。取EPS板的弹性模量为0.5 MPa,数值模拟明洞顶土体的竖向位移、最小主应力和竖向应力。结果表明:EPS板变形导致明洞顶最小主应力方向发生旋转,指向外土柱,在0.83倍洞高处出现明显的"应力拱";"应力拱"下部竖向、横向土压力均减小;内外土柱沉降差越大,"应力拱"横向应力越大,承担上部荷载越大,土拱效应越明显。     

预应力加筋土挡墙变形性能研究

采用有限差分数值方法研究预应力加筋土挡墙的侧向变形和沉降规律。填料采用双曲线型塑性硬化本构模型,计算过程中考虑填筑和压实过程,采用模型试验的结果验证了数值方法。针对填料的密实度、桥台基础边缘距墙面板距离、预应力筋的轴向刚度建立分析工况。研究结果表明:顶部荷载作用下,预应力挡墙的墙面板位移、顶部沉降均比未施加预拉力的挡墙明显减小;填料的密实度和桥台基础边缘距墙面板的距离对墙面侧向位移影响最大;提高预应力筋的轴向刚度有利于减小挡墙的变形。     

路堤式与路肩式加筋土挡墙的现场试验与分析

通过对铁路路堤式及路肩式加筋土挡墙的墙面板水平土压力、墙后土中垂直土压力及加筋材料变形的现场原位试验,得到了两种加筋土挡墙面板水平土压力、墙后土中垂直土压力、拉筋材料变形的变化规律,并对两种挡墙的破裂面进行了探讨。两种加筋土挡墙的面板水平土压力沿墙高均呈曲线型分布;墙后土中实测垂直土压力与理论值的差别随距墙面板距离的增加而线性增大;同一层拉筋变形的平均值随墙高增大而线性增大;列车运行荷载对面板水平土压力及墙后土体的垂直土压力和拉筋的变形影响均较小。     

高速铁路土工格栅加筋膨胀土边坡作用机制

土工格栅加筋处治是解决膨胀土边坡问题的关键技术。为深入研究格栅与膨胀土相互作用机制,依托南宁铁路改柳南线工程,开展加筋设计及格栅抗拔稳定性计算。将考虑膨胀土侧向膨胀影响及格栅反包约束作用的设计方案应用于实际工程中,并通过预埋设的监测元件,对自然降雨-蒸发气候下加筋边坡的含水率、应力、位移及格栅应变的变化特征进行长期监测。研究结果表明：在考虑侧向膨胀及格栅约束的影响下,土工格栅的抗拔稳定安全系数仍满足规范要求。基于监测数据发现,受大气环境影响,体积含水率的波动幅度由浅至深逐渐减弱;格栅应变变化趋势与土体应力变化趋势基本一致,随季节性干湿气候呈“波浪”式变化;靠近坡面土体受大气干湿循环的影响更为显著,对降雨入渗敏感,其土工格栅应变变化迅速,峰值出现时间早;格栅应变峰值远小于格栅允许拉应变,且边坡累积水平位移量较小,表明加筋边坡滑移破坏风险较低;在降雨过程中,格栅对边坡土体施加弹性约束,允许坡面发生一定程度的膨胀,释放坡体因增湿产生的膨胀势,从而避免边坡因侧向应力增大形成渐进式滑坡,体现了土工格栅加筋膨胀土边坡“以柔治胀”的作用机制。研究成果可为高速铁路膨胀土边坡的土工格栅加筋设计与施工提供...     

土工格栅加筋橡胶碎石混合料大型三轴试验研究

为研究土工格栅加筋橡胶碎石混合料的力学特性与变形控制作用机理,基于大尺寸三轴试验,分析3种橡胶掺量碎石混合料在不同加筋形式下的应力-应变关系曲线、体变-轴向应变关系曲线,研究土工格栅竖向间距、筋材层数对其力学响应与变形特性的影响规律,并对试验结果进行拟合分析。研究结果表明,合理的土工格栅布置形式能有效提升橡胶碎石混合料峰值应力并抑制其发生剪胀变形。试验中5种双层加筋的最优竖向间距为d=150 mm。土工格栅的加筋效果在达到一定轴向应变后才能得以体现,且随着试样中橡胶掺量的增加,此轴向应变值逐渐增大。3种橡胶掺量碎石混合料均随着土工格栅加筋层数的增多,加筋效果显著提升,同时加筋层数相同的试样,其剪切破坏形态基本一致。随着橡胶掺量的增加,试样的剪切破坏模式由应变软化型逐渐过渡为应变硬化型,同时土工格栅的加入也增加了试样的延性。基于邓肯-张双曲线模型,增加拟合参数ψ,修正了能够描述橡胶碎石混合料的应力-应变特征的预测公式,并验证了该公式的合理性。研究成果可为橡胶碎石混合料的实际应用提供一定的理论基础。