青藏铁路多年冻土区路堤变形的数值模拟与预测

路堤变形将直接影响路堤的稳定和行车安全,青藏铁路多年冻土区的温度场是路堤变形的重要影响因素。首先,建立多年冻土区路堤变形的数值模型;然后,在实际监测资料的基础上,利用ANSYS有限元软件,对青藏铁路多年冻土区某试验段路堤的变形特征进行模拟。结果表明路堤变形的模拟结果与实测数据较为吻合。最后,通过模型对路堤变形的发展趋势进行预测。     

车辆荷载下黄土参数对路堤沉降变形的影响

根据车辆荷载的作用大小及形式,应用ABAQUS软件开展不同动力参数下路堤沉降规律数值分析,得到压实黄土路堤动力参数及车辆超载情况对路堤沉降变形的影响规律。研究结果表明:压实黄土动力特性指标对路堤沉降变形影响大小依次为:弹性模量、泊松比和阻尼比;在强度指标中,内摩擦角对路堤沉降变形影响不敏感,而黏聚力较敏感;超载条件下,随着车辆荷载的增加,路堤沉降近似线性增加;路堤在行车荷载长期反复作用下,干密度对路堤沉降变形影响的最敏感,其次是含水率,固结压力对路堤沉降变形的影响相对较小。     

运营期多年冻土区斜坡路堤的下变形边界探讨

在对青藏铁路运营期多年冻土区斜坡路堤稳定性进行分析研究的过程中发现,斜坡路堤的变形破坏失稳不仅发生在最大冻融界面以上的活动层土体内,而且,最大冻融界面以下一定范围内的塑性冻土的蠕变变形累积对斜坡路堤稳定性具有重要的影响作用.通过对已有研究成果和斜坡路堤变形破坏机理的理论分析,根据其变形的本质特点,说明了下变形边界的存在性、特点及其确定原则.结合现场实际,对典型斜坡路堤断面的水平位移监测数据进行分析验证.     

基于离散元数值模拟的桩承式加筋路堤土拱效应研究

桩承式加筋路堤能有效控制地基沉降和侧向变形,可快速填筑施工,大大缩短施工工期。土拱效应是桩承式路堤的主要工作机制,目前有多种模型。然而,对于不同路堤高度条件下桩承式加筋路堤土拱效应演化重视程度还不够。本文通过桩承式加筋路堤离散元数值模拟,验证了路堤变形为同心椭圆模式,高路堤条件下路堤存在等沉面且等沉面高度随路堤填筑高度增加而减小;揭示了填料高度增加下的桩承式路堤土拱效应变化规律以及桩承式加筋路堤土拱高度随路堤高度增加而降低的现象。     

青藏铁路站场路基试验工程监测方法

结合青藏铁路清水河试验段工程实例 ,简要分析在青藏高原多年冻土区修建铁路路堤容易遇到的变形问题 ,重点探讨路堤变形的监测方法     

风积沙改良土路堤温度变形规律现场试验研究

新建通辽至新民北客专TLSG-3标路基工程以水泥改良风积沙作为填料,在路堤填筑过程中,路堤表层出现大量横向裂缝。为探究裂缝发生的机理并提出处置措施,在现场填筑一段试验路堤,该试验路堤总长150 m,分为5个路段,采用不同水泥、黏土掺量的风积沙改良土作为填料。通过现场试验与湿度、温度、应变监测,分析气温影响作用下不同配比风积沙改良土路堤的湿度、温度和应变变化规律。风积沙改良土路堤土体含水量总体上随着气温降低而减小,随后又随气温升高而增大,但变化幅度均不大。路堤表层土体温度受气温变化影响明显,总体上随气温变化而变化,但是具有明显的滞后性,路堤深部土体温度受气温影响相对较小。段路堤土体应变主要受土体温度变化控制,路堤表层土体应变变化较大,随土体温度下降先发生压缩变形,随后随土体温度升高,压缩变形逐渐减少,进而转为拉伸变形,路堤深部土体应变变化不大,因此路堤表层土体因温度降低发生的冷缩变形是实际工程施工时路堤浅层裂缝的主要原因;5个试验路段中,以掺5%水泥+5%黏土的改良风积沙为填料的路堤应变变化幅度最小,因此,从控制路堤土体变形的角度来看,掺5%水泥+5%黏土的改良风积沙配比要优于其他配比。     

沪蓉西高速公路高填石路堤沉降监测分析

高填路堤具有沉降或差异沉降大的特点,影响公路高填路堤沉降因素繁多,极易对路面及整体结构稳定造成破坏性不良影响,而有效地通过沉降监测分析其沉降变形规律,对施工前后的沉降及路堤变形进行对比分析,无疑对于特殊环境地带高填路堤的安全能够起到一定的作用。     

路堤荷载作用下斜坡软弱地基变形耦合特性研究

基于弹塑性平面应变有限单元法,本文模拟路堤水平分层分步填筑动态施工力学行为,建立斜坡软弱地基在路堤荷载作用下的数值分析模型,获得普通水平地基、水平软弱地基、普通斜坡地基及斜坡软弱地基4种工况下地基的侧向变形与竖向沉降随路堤填筑施工的动态变化规律。引入地基变形系数,分析地基侧向变形与竖向沉降的耦合、制约关系,奠定基于侧向变形控制的斜坡软弱地基路堤设计原则的理论基础,结合土工离心模型试验所获得的地基变形系数及位移场,讨论打入桩与抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的机理。     

高铁路堤中改性膨胀土工程应用特性试验研究

用南宁高铁建设中常遇到的弱性膨胀土及水泥改性膨胀土作路堤填料,填筑1:1高铁路堤模型,依托自行设计的监测系统,对自然降雨蒸发条件下路堤内的含水率、温度、吸力与土压力4种特征参数的变化规律以及沉降变形量进行监测。研究结果表明:膨胀土路堤边坡大气急剧影响深度集中在0.5 m内,最大影响深度可达2~3 m;最大工后沉降量膨胀土路堤面约为5.7 mm,水泥改良土仅约2.5 mm,水泥改良膨胀土可用作高铁路堤建设填料;路堤边坡坡面侧向变形以收缩变形为主,呈现"上部大,下部小"的特点,相同位置处,膨胀土断面变形量大于改良土断面。     

新建铁路软土路基沉降规律研究

研究目的:软土路基由于压缩性高,渗透性低,固结变形持续时间长,所以其沉降规律研究就成为工程设计中的主要问题。为研究软土路基在某一段周期时间内的沉降变形规律,本文对新建胶新铁路软土路基进行2年的详细监测,以此分析软土路基的沉降变形规律。研究结论:路堤土体剖面上差异沉降变形在横向上表现出明显的不均匀性;通车前,路堤不均匀沉降程度随着路堤压缩量的加大而增大;通车1年后,路堤表现为缓慢沉降过程,路堤土体在横向上的不均匀变形程度随之减小,且路堤本体沉降变化很小;土体水平位移引起的工后沉降很小,不足总沉降的9%;磁环高程变化规律表明,路基在工后约6～8个月稳定。     

青藏铁路运营期间低温冻土区片石气冷路基工程效果分析

冻土区筑路技术问题的关键是冻土的热稳定性,这种热学问题的力学表现是路基变形。通过对青藏铁路运营期间冻土区典型地段路基地温场和路基变形特征的分析,指出青藏铁路冻土区路基地温场形态控制了长期运营期间的路基变形总量和横向差异变形总量。这些变形主要由冻土季节融化层土体的冻胀融沉变形、冻土压缩变形、冻土长期蠕变变形组成。工程监测以及理论计算证明了片石气冷路基结构保护冻土效果的长期可靠性,证明了其减少运营期路基变形,保证冻土区路基工程的长期稳定性的效果。     

斜坡软弱地基路堤工程特性的数值模拟

在斜坡软弱地基上修筑填方路堤容易出现滑塌失稳、侧向变形过大等重大工程事故.运用非线性有限元及剪切强度折减法,模拟路堤分步建造的施工力学行为,建立斜坡软弱地基在路堤自重荷载作用下的数值分析模型,从土体变形和稳定安全性2方面研究表层软弱层、地面横坡对路基结构工程特性的影响.结果表明:斜坡软弱地基不能被简单视为斜坡地基和软弱地基的等权重线性叠加;表层软弱层、地面横坡可加剧结构的侧向位移、竖向沉降,改变潜在滑移面的形态,导致路堤结构稳定性降低;实际工程中应高度重视下坡脚方向侧向位移和表层软弱层的处理;运用非线性有限元法结合剪切强度折减法,能同时进行斜坡软弱地基在路堤自重作用下变形与稳定性分析.     

路堤式U型结构有限元分析

研究目的:由于城际轨道交通、客运专线等高速铁路穿越经济发达地区,铁路用地紧张,轨道对路基工后沉降的要求较高。路堤式U型结构既能节省用地,同时又能提高路堤的稳定性,降低路基的工后沉降,为地质条件较差的平原区修建城际轨道交通、客运专线等高速铁路路基提供借鉴。研究结论:通过对路堤式U型结构的受力和变行规律分析,得出了底板和边墙的应力应变随结构高度和厚度的变化规律。底板和边墙的X轴方向弯矩是控制弯矩,底板弯矩的最大值在边墙处,边墙弯矩的最大值在底部。路堤式U型结构的整体稳定性较高,变形较小,能够有效控制路基变形。     

青藏铁路多年冻土区热棒路基温度场三维非线性分析

高温高含冰量的多年冻土地段,极易受外部条件的扰动而发生变化。针对此类冻土的特征,提出了热棒路基。根据带相变热传导有限元方法,对普通路基、热棒路基在未来50年青藏铁路沿线气温上升1.0℃情况下的温度场进行了预报分析和比较。计算结果表明,在年平均气温为-3.5℃或年平均地温为-1℃的地区,在青藏铁路50年的使用期内,普通路基在气温升高条件下路基下伏冻土都将发生融化,路基将会产生较大融沉变形,不能保证青藏铁路路基的稳定性。热棒路基具有主动冷却的作用,可以更好的保护冻土。路基计算结构表明,在未来50年气温上升1.0℃的条件下,在年平均气温为-3.5℃或地表温度为-1.0℃的青藏铁路沿线多年冻土地区,热棒路基可以抵消气候变暖的影响,可以保证路基下伏冻土不发生融化,从而可以保证路基的稳定性。     

季节性冻土地区路基冻结深度试验研究

在季节性冻土地区修建无砟轨道铁路,路基冻胀变形控制是突出技术难题。通过对填筑粗颗粒填料的路基、天然地基与保温路基的温度及变形测试,确定不同土质冻结指数与冻结深度的关系,证明设置保温层可以降低冻结深度,是路基冻胀变形控制的一种有效措施。     

哈大高速铁路路基冻胀自动观测和深化分析研究

哈大高速铁路通车后,路基冻胀变形控制是其一项重要任务,为查明路基冻胀机理,探索适用的冻胀处理措施,对路基冻胀进行自动观测和深化分析研究。采用自动观测系统,对路肩以下5 m范围内路基的地温、水分、冻胀变形等进行观测,对观测结果进行统计分析和深化研究,研究结果表明:路基冻胀可分为5个阶段,冻深介于100~300 cm,基本上随着纬度的增大而增大;基床表层冻胀量占总冻胀量的40%~94%;融沉变形稳定后,存在4mm以内的残余变形;路堤与路堑的冻胀发展过程极为接近,但路堤的冻深一般大于路堑,路堤的冻胀量一般略大于路堑。     

桩承式路堤土拱效应形成机制离散元模拟

针对桩承式路堤,分别建立二维和三维离散元分析模型,开展土拱形成过程数值模拟。从细观角度研究不同路堤高度条件下桩承式路堤土拱形态和荷载传递机制,获得土拱效应充分发挥条件下的土体沉降模式,其模式呈现为椭圆形拱状。二维分析结果表明,当路堤填土高度达到一定值时,其高度约为0.8倍桩净距。由于二维土拱模型只能反映一个截面上的土拱效应,因而高估了路堤荷载传递效率。相比二维Trapdoor分析结果,三维条件下土拱效应充分发挥时所需的桩-土差异沉降更大,桩顶和桩间土压力随差异沉降的变化速率更慢,荷载传递效率更低且受填土高度影响更高。     

铁路预应力路堤加固技术数值研究

研究目的:铁路预应力路堤在国内外尚属一种新型路基加固法,其受力变形特性暂未得到系统化研究,相关加固设计理论仍处于探索性阶段。因此,有必要通过数值手段了解预应力路堤的工作状态,以掌握其加固性能。鉴于此,借助ABAQUS软件平台构建预应力路堤仿真系统,分析差异化预应力加固参数对路堤变形和承载能力的影响以及预应力加固构件的受力特征。研究结论:(1)路堤本体段坡面较优加固位置为距本体顶面以下0.3倍本体高度处;(2)坡率1∶1的预应力路堤在第1、2排侧压板分别施加50 k Pa、100 k Pa预压荷载时,其变形与承载力均可达传统路堤(坡率1∶1.5)水平,并可通过提升加固标准进一步强化路堤承载性能;(3)当对第1、2、3排侧压板分别施加50 k Pa、100 k Pa、100 k Pa预压荷载时,路堤内部附加围压S11>13.5 k Pa区域大致呈"x"形分布并形成横贯路堤的"预压加固区";(4)侧压板锚固区受力集中且复杂,应注意保障锚固区板体强度;(5)力筋在路堤加载前后的应力变化量与坡面侧向变形特征相关;(6)本研究成果可为铁路预应力路堤的加固设计提供技术指导。     

青藏铁路冻土路基沉降变形预测

青藏铁路试验工程北麓河试验段冻土路基沉降变形现场试验研究表明:即使路基下冻土人为上限有所上升,冻土路基仍会产生较大的沉降变形。这种变形主要来自原天然上限以下高温—高含冰量冻土升温引起的压缩变形。路基下多年冻土的升温幅度、高含冰量冻土层厚度和路堤高度越大,路基的沉降变形量就越大。数值计算结果表明:在路堤填土满足临界高度,且考虑青藏高原年平均气温逐年上升的条件下,青藏铁路北麓河试验段冻土路基在未来50年内的总沉降量可能达到30 cm。因此,要控制冻土路基的沉降变形,必须采取主动降低多年冻土温度的工程措施,单纯靠增加路堤高度的传统方法不能解决问题,甚至适得其反。