不同加载频率及循环应力水平对人工冻融软土动力特性影响试验研究

近年来冻结法作为一种提高土体强度的手段被广泛应用于地铁隧道施工中,然而在列车循环荷载作用下冻土融化后会产生较大变形,影响地铁列车的运营安全。基于室内动三轴试验,研究列车加载频率、应力幅值和固结压力对冻融土体动孔压及应变的影响,得到地铁列车循环荷载下冻融软土的动力特性规律。试验研究表明:冻融后土体强度显著降低,且由于列车循环荷载作用会发生更大程度的下降。在地铁不同频率荷载下,其加载频率越低,动孔隙压力值越高,冻融后软土应变增幅明显。在相近循环应力比下,固结压力比应力幅值对冻融土动力特性影响更大。同时,基于试验数据,建立地铁列车循环荷载作用下的冻融土孔压累积模型,模型预测值与试验值较为吻合。     

冻融循环条件下延迟时间对水泥改良低液限粉土动力特性影响试验研究

模拟路基真实的冻融循环过程,设计冻融试验,制作冻融试验箱,进行改良土试样的冻融循环试验。通过动三轴试验,研究在冻融条件下,延迟时间对水泥改良低液限粉土的动强度、动弹性模量、动变形以及超孔隙水压力的影响。结果表明:在相同的冻融次数下,动强度和破坏循环次数随着延迟时间的增加而降低;在相同的冻融次数及一定动荷载幅值作用下,屈服应变则随着延迟时间的增加而增加;延迟时间短的试样,动弹性模量值较大,但随应变的衰减较平缓,且趋于一个稳定值;不同延迟时间试样达到相同应变幅值时所增长的孔压值不同,延迟时间越长,孔压越大;当轴向应变幅值大于10-3后,产生累积孔隙水压力。     

地铁列车振动实测与共振理论分析

为研究地铁列车的竖向振动机理,以南京地铁1号线南延线某区间工程为背景,推导了考虑车钩约束的地铁列车运动方程,对车体的自由振动进行现场测试,得到地铁车辆的自振特性,据此分析其共振条件,并对地铁运行时引起的列车振动进行测试,验证了理论分析结果的正确性。结果表明:车速越高,车辆的载客率越高,桥梁周期性不平顺引起的外荷载输入频率越接近于车辆的卓越自振频率,导致车体共振概率越大;车速较低、车辆的载客率较低时,桥梁周期性不平顺引起的外荷载输入频率越小于车辆的卓越自振频率,导致车体共振概率越小。     

青藏铁路多年冻土区路基结构的动力分析

研究目的:本文对青藏铁路冻土路基在列车荷载下的结构动力进行了分析研究,为多年冻土区路基工程设计和铁路运营安全分析提供了依据。研究方法:以青藏铁路清水河多年冻土区试验段路基结构为工程背景,利用列车——轨道二维动力模型得到的道床底部列车荷载激励曲线,对冻土路基结构进行有限元时程反应分析,探讨冻融状态下路基的列车振动荷载效应。研究结论:无论是暖季融化还是寒季冻结状态,列车振动荷载产生的土体压应力都大大高于静荷载,车速对土体动应力反应有明显影响;冻结状态下,路基中下部土体的动力反应较大,而暖季融化时路基顶部土体对动应力有较显著的放大作用,因此,在工程设计和运营养护时应有针对性地对结构进行加强。     

地铁列车荷载下原状土孔压及应变模型试验研究

基于GDS循环动三轴试验,首先对比了不同形式的动荷载作用效果,结果表明偏压正弦波模拟列车循环荷载效果较好。然后研究了初始固结度和加载频率对地铁荷载作用下软黏土动力特性的影响,结果表明:排水加载条件下原状土孔压发展趋势分为2个阶段,第1阶段孔压迅速上升,达到峰值后进入第2阶段,表现为孔压下降且降速渐缓并趋于稳定;初始固结度越大,土样的累积峰值孔压越小,孔压消散时间越短;原状土应变发展呈现稳定型,固结度越低,轴向应变越大,应变稳定所需时间越长;且低频引起的累积应变较大,工程中应予以重视。提出的孔压及应变模型可较好地模拟列车荷载作用下不同固结度的原状软黏土的动力特性规律。     

地铁列车振动荷载对下叠并行新建城际铁路盾构隧道的动力响应分析

以新建佛莞城际铁路盾构隧道与广州地铁3号线明挖段矩形隧道交叠并行工程为依托,研究地铁列车通过明挖隧道时产生的振动荷载对下部新建盾构隧道衬砌结构的动力响应,并对不同列车振动荷载下新建盾构隧道衬砌结构的动应力进行了分析.使用激振力函数法模拟地铁列车振动荷载,选取下部新建盾构隧道典型监测断面的监测点来研究在地铁列车振动荷载作用下衬砌结构的振动加速度、应力和竖向位移响应特性.结果 表明:轨道结构质量越差,列车运行速度越快,车体质量越大,列车振动荷载的幅值也相应增大;在地铁列车振动荷载作用下新建盾构隧道衬砌结构存在着明显的动力影响区;新建盾构隧道衬砌管片竖向位移曲线呈"W"形,且拱顶处的竖向位移幅值最大;随着地铁列车运行速度加快,新建盾构隧道的竖向沉降亦随之增大,地铁列车运行速度每增加30 km/h,隧道衬砌结构的竖向沉降平均增加2.66％.     

列车交叠动荷载对邻近基坑结构动力响应分析

运用Abaqus有限元软件,开展了在地铁列车交叠动荷载作用下基坑结构的动力响应研究。通过考虑7种不同工况,分析了基坑开挖过程中,地铁列车交叠动荷载存在对基坑结构内力与变形的影响规律。分析结果表明,地铁列车交叠动载对表层土体沉降有较大影响,且这种影响随着列车时速的增大而不断增大。地铁列车交叠动载对围护结构变形和弯矩有一定影响,但列车静载部分起控制作用。地铁列车交叠动载对支撑轴力影响不大。列车交叠动荷载的作用规律与单层列车动荷载作用规律有一定差异,在列车交叠动荷载的作用过程中,上层列车荷载起主要控制作用。     

地震及列车振动荷载下的地铁震害特点及防治

地震及地铁列车振动荷载在一定情况下会对地铁造成破坏甚至使其功能丧失,产生严重的后果。因此,必须对地铁的抗震研究予以足够的重视。介绍了近年来这方面的研究成果,包括在地震及列车振动荷载作用下地铁车站、区间隧道及地铁地基破坏的形式、特点及防治措施。     

青藏铁路原状冻结砂土动力特性参数试验研究

以青藏铁路抗震研究为背景,研究原状冻结砂土动力特性参数。基于低温动三轴试验仪分析原状冻土动弹性模量、阻尼比及其与振动频率、围压和试验负温的关系。试验结果表明:动三轴试验温度-10~-0.6℃、围压0.1~0.5 MPa、荷载振动频率0.5~5Hz时,含水量为16.1%的青藏铁路DK1047+000段清水河原状冻结砂土动弹性模量试验值为900~1 350 MPa,阻尼比为0.04~0.15;随着荷载振动频率增大,冻土动弹性模量呈对数曲线增长;围压对冻土的作用分为增强效应和减强效应,围压较小时动弹性模量随着围压的增加而增大,达到临界围压后动弹性模量随着围压的增加而减小;动弹性模量随着温度降低线性增长,负温对动弹性模量影响较明显;频率、负温对阻尼比的影响与其分别对动弹性模量的影响呈近似相反的规律,随着围压的增加阻尼比分布变得分散。     

列车荷载作用下地铁区间双层隧道模型试验研究

列车振动对双层隧道和近距离交叠隧道影响较大。以某地铁区间隧道为研究对象,对一单洞双层地铁区间隧道进行列车振动模型试验,选择合适的试验材料,确定隧道衬砌模型和地层材料参数。依照列车动荷载激振力公式,设计列车振动模型装置,解决动力响应模型试验中动荷载加载的问题。在进行静荷载作用下模型试验的基础上,完成双层隧道列车振动模型试验。测试、分析上行动载、下行动载和上下交会动载3种工况隧道结构的受力状态。研究表明:相对于动荷载,静荷载对结构应力状态影响更大,但在个别部位动荷载影响较大。在上下交会动载作用下,衬砌结构个别位置出现应力集中情况;加速度随着离振源距离加大而明显衰减;在一些测点的试验值与数值模拟结果基本吻合。     

公轨合建大直径盾构隧道车辆振动响应数值分析

对于大直径水下盾构隧道,研究并讨论列车振动荷载对隧道结构安全性及地基稳定性具有重大意义。以三阳路公铁合建长江隧道工程为背景,采用2.5维数值计算程序对三阳路长江隧道段典型断面处进行计算分析,研究地铁振动荷载和汽车振动荷载耦合作用对隧道结构及隧道下覆粉细砂层稳定性的影响。计算结果表明:(1)在地铁振动荷载与汽车振动荷载联合作用下,隧道衬砌结构的位移振动响应量值及受力情况均较小,振动荷载不会对衬砌结构自身产生不利影响;(2)列车和汽车车队耦合荷载引起隧道下覆饱和粉细砂层超静孔隙水压力在隧道正下方衰减较为缓慢;(3)隧道下覆饱和粉细砂地层由正常的地铁振动荷载及汽车荷载激发的超静孔隙水压力不会超过1 kPa,在正常地铁荷载及正常汽车荷载单独作用或联合作用下,该饱和粉细砂地层能够保持稳定,不会发生液化失稳。     

横风作用下高速列车-板式轨道系统空间振动分析

基于高速列车-板式轨道系统空间振动分析理论,考虑横风作用效应,建立了风-高速列车-板式轨道系统振动分析模型,推导了列车风荷载势能;将它与列车振动势能及板式轨道振动势能相加,得出系统振动总势能;根据弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立系统空间振动矩阵方程,并编制了相应计算程序.分析了横风作用下高速列车和板式轨道的动力响应.研究结果表明:横风对车体的横向及竖向位移、轮重减载率、倾覆系数等有很大影响,对脱轨系数、横向Sperling 指标有一定的影响,而对钢轨的横向及竖向位移影响很小.     

砂土液化本构模型的试验研究

针对饱和砂土在动力作用下液化既有计算模型存在的问题,在汉丁-顿伊维奇(Handin-Drnevich)模型基础上,根据瞬态极限平衡理论的基本假设,按照应力状态不能逾越破坏条件等基本原则,借鉴增量非线性模型的计算思路,综合散粒体模型的优点,将整个振动液化过程划分成多个区域,并考虑液化过程中的剪胀、剪缩、刚度衰化和卸荷体缩等现象,推导出新的本构计算模型。该模型的参数少,且具有明确的物理意义,能够量化。通过室内动三轴试验对模型进行了验证。对比分析试验结果与计算结果可知,两者在孔隙水压力、应变发展初期是一致的,后期是有差异的;在应力路径方面两者的极限状态面几乎是一致的。因此,该模型可以较为完善地反映砂土液化过程中出现的各种现象。     

广深港高速铁路狮子洋隧道减振无砟轨道对周边软土地层影响分析

为防止高速列车振动引起广深港高铁狮子洋大断面盾构水底隧道软土地层液化风险,轨道结构采用减振板式无砟轨道。为考察减振措施效果,分别建立列车-轨道模型、隧道-地层有限元模型,分析列车荷载作用下隧道结构及周围土层动力响应及分布规律,对比分析减振和非减振两种工况下地层动剪应力和加速度,结果表明,采取减振措施可有效降低软土地层液化风险,提高安全储备,达到了预期的目标。研究成果对隧道穿越软土地层设计具有指导意义。     

重载铁路路基基床不同改良厚度的动力响应研究

重载列车荷载对路基基床的影响较为显著,为探究北方风沙地区选择水泥改良的粉细砂作为基床填料后路基体的变形及动力稳定性。通过动三轴试验对比分析了不同掺入率水泥改良土临界动应力大小及不同围压下回弹模量的变化规律,进一步结合FLAC3D建立三维动力仿真模型,重点探讨了列车激励荷载作用下路基基床换填不同厚度的5%水泥改良土时动应力、沉降变形、振动加速度的变化分布规律。结果表明:5%水泥改良土临界动应力、回弹模量较原状土提高幅度最大;路基体竖向动应力、位移、加速度峰值均随深度增加而逐渐减小;路基基床对动应力的扩散抑制作用较强,动荷载传递经基床后平均衰减约83.5%;路基沉降主要产生在中上部,且随基床底层改良厚度增加路基顶部最大竖向位移逐渐减小,最大减小约45.6%;此外,振动加速度传播经改良后的路基基床衰减幅度较明显,约为69.4%。