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。     

路基膨胀诱发无砟轨道上拱的试验及数值计算分析

为探明高速铁路路基膨胀机理及其诱发的钢轨上拱响应规律,对出现上拱病害的工点进行现场分层变形监测,并利用新型粗粒土膨胀仪开展室内试验探究该工点路基泥岩膨胀率与含水率间的相关关系,最终结合DEM-FDM耦合的数值模拟手段,系统分析泥岩路基不同膨胀率下双块式无砟轨道的钢轨上拱位移及轴向应力分布规律.现场分层变形监测结果显示路基层具有一定膨胀潜势,路基泥岩膨胀变形引起了钢轨的上拱位移;室内试验表明取样工点路基泥岩在现场含水率下的膨胀率达到5.455％,路基泥岩膨胀率与含水率间遵循Logistic函数关系;数值模拟计算结果表明钢轨上拱量与泥岩路基膨胀率间服从Logistic分布,钢轨轴向应力改变量与泥岩路基膨胀率服从Nelder分布.     

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.     

高速列车荷载下桩网结构路基竖向动应力传递分析

依托哈尔滨—大连高速铁路典型断面建立桩网结构路基有限元模型,分析路基高度和桩间距对列车荷载作用下路基竖向动应力传递的影响。研究结果表明:竖向动应力沿路堤深度逐渐减小,距桩顶同一距离的水平面上桩顶处竖向动应力最大,四桩形心处竖向动应力最小;路堤高度较小时土拱效应较弱,桩顶应力集中效应起主导作用;随着桩间距的增大土拱高度增加,竖向应力提前由衰减变为增加且单个土拱拱脚所需承担的竖向动荷载增加;计算得到的竖向动应力衰减系数在中国规范与日本规范计算结果之间。     

无砟轨道路基持续上拱整治技术

部分高速铁路无砟轨道路基存在上拱变形量较大且持续不收敛,超出轨道可调节能力的问题。本文提出了一种采用变梯度结构EPS混凝土板整治路基持续上拱的方法,根据测量结果实施了开挖置换方案及后期维修。通过数值模拟分析了变梯度结构板的应力及变形。结果表明:该方法可以快速整治路基持续上拱变形,后期维修简单易行,可长期确保轨道平顺性;变梯度结构板最大应力及变形分别满足EPS混凝土强度及高速铁路变形要求。     

土钉支护技术在路基边坡工程中的应用

文章介绍了某路基边坡工程采用土钉支护技术的实例。通过选用合理的破裂面形式,用极限平衡理论进行设计和分析,并通过施工过程中的动态监测的反馈数据,及时调整支护参数、开挖深度和支护时间,控制了施工过程中边坡的变形,保证了软岩高边坡的整体稳定。     

高速铁路泥岩地基原位浸水响应特征试验研究

随着我国高速铁路飞速发展,将涌现出大量以弱膨胀性泥岩为地基的高速铁路工程。由于高速铁路无砟轨道对路基变形要求极为严格,而弱膨胀性泥岩地基引起的高速铁路路基上拱研究鲜有报道,通过人工浸水方式在兰新高速铁路的路基上拱地段开展不同上覆荷载下弱膨胀性地基泥岩现场原位浸水试验,分别研究0、15、30、45 kPa 4种上覆荷载下泥岩横向渗透速率及竖向膨胀量。试验研究结果表明:泥岩浸水时横向体积含水率表现为稳定、骤增、减速增长和渗流稳定四个阶段;同一横向位置处,下部土体渗透稳定含水率大于上部土体;膨胀量随浸水量呈"S"型变化,且上覆荷载较大时会出现下沉现象;横向渗透速率随上覆荷载增加而减小,且横向渗透速率与横向渗透距离为非线性关系;提出以横向相对渗透衰减率100%作为控制标准确定高速铁路路基上拱临界荷载的设计思路。     

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。     

软弱夹层岩质桥台边坡变形稳定性分析

分析工程地质条件、坡体结构特征、变形破坏模式,建立桥台边坡地质概化模型。计算采用莫尔—库仑屈服条件的弹塑性模型,分析边坡的变形模式及范围,进行稳定性评价。阐述变形稳定性的位移场特征和剪应变增量特征,提出应用数值模拟技术研究边坡的变形和破坏特征,直观反映边坡变形及应力变化全过程等结论。建议桥基开挖至设计标高后及时封底,防止泥岩风化或浸水软化而降低力学强度。     

高温高含冰量冻土路基流变特性数值分析

推导冻土相变温度场的数学模型及有限元计算公式,在此基础上分别利用热弹塑性和热弹塑性-蠕变的本构关系,考虑融土和冻土的应力和变形,给出相应的有限元计算公式.以青藏铁路北麓河试验段为计算模型,计算冻土路基的温度场和温度影响下的应力、变形场,并且与实测温度和路基变形数据进行对比分析.计算和分析结果表明:冻土路基下多年冻土层温度随着路基使用年限的增加而逐步升高,形成高温冻土层;冻土路基变形随着时间的增加而增加,最后趋于稳定,这表明冻土的蠕变为衰减型蠕变;路基修筑后3～5年的变形量占变形的绝大部分,此后路基变形进入一个相对稳定的阶段,可满足铁路的正常运营.     

基坑开挖对运营高铁路基变形影响因素分析

以软土地区某邻近运营高铁路基的基坑工程为例,采用数值分析方法,建立包含基坑及高铁路基在内的三维分析模型,研究降水方案、坑底加固、围护结构插入比以及基坑距路基坡脚距离这4个因素对高铁路基变形的影响。结果表明:与一次性降水相比,分层降水所造成的路基最大沉降和水平位移分别减小3.8%和5.2%;坑底加固对路基沉降的影响较小,但对路基水平位移影响相对较大;围护结构插入比存在一个最佳值,超过该值后继续增加插入比对减小路基变形作用不大;路基最大变形的峰值点出现在基坑距路基坡脚距离为10~15 m处。研究成果可为基坑支护设计和施工及邻近高铁的运营提供参考。     

铁路隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法研究

研究目的:某铁路隧道底部粉砂质泥岩蠕变导致仰拱结构持续底鼓,致使列车降速行驶,对铁路运行造成安全隐患。为较准确获取仰拱底鼓区粉砂质泥岩的蠕变参数,本文基于某隧道仰拱5年多的底鼓变形实际监测数据,建立室内岩石剪切蠕变试验与深度学习(GRNN)相融合的岩体蠕变参数确定方法,并对隧道仰拱蠕变变形进行长期预测。研究结论:(1)铁路隧道底鼓段粉砂质泥岩具有明显蠕变特性,该特性对隧道仰拱持续底鼓变形影响较大;(2)提出了基于深度学习的隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法,该方法结合底鼓段长期监测变形数据,能够有效获取隧底岩体蠕变参数,解决隧道围岩蠕变参数难以确定的难题;(3)反演得到的隧底岩体蠕变参数相应的底鼓变形值与实测值拟合度较高,验证了该方法的合理性;(4)本研究成果可为隧道围岩蠕变参数确定、仰拱蠕变变形预测和底鼓治理提供理论依据。     

蒙华铁路高家山危岩特征成因及裂隙变形分析

为研究蒙华铁路高家山隧道洞口危岩的稳定性,利用不连续介质二维离散程序进行模拟分析,选取洞口典型危岩块体,对组成危岩体的泥岩、砂岩按照岩体质量分级进行物理力学参数赋值,得出在初始应力平衡条件下,边坡体仅出现少量裂隙,而在风化卸荷作用下,边坡体表层20 m范围内出现朝临空方向变形的应力张拉区,特别是在泥岩附近的陡崖与陡坡过渡带,出现数条位移显著的裂缝,发育深度为25~40 m,位移从4 mm增加到22 mm,变形方向从指向坡外向下为主转变为水平,最终表现为坡体岩块侧面崩塌坠落。研究表明,泥岩风化岩腔是形成裂隙直至最后导致危岩崩塌的主要原因,研究成果可为科学有效地治理该危岩提供依据。     

铁路下穿式结构施工受轮轨作用力的影响分析

针对既有线下隧道施工引起的轨道变形而加大轮轨作用力的情况,以在建地铁南京站为例,通过弹塑性动力有限元法分析行车动荷载对轨下施工中隧道的影响,同时分析了由于轨下构筑物的存在对路基内动应力的影响。分析中采用轨枕—道床全支承模式,土体采用理想弹塑性动本构模型,分别考虑了轨道不加固情况和采用D24型便梁加固两种情况,计算得到了隧道上覆土体及隧道初衬结构的动力响应。对两种情况的计算结果进行比较,表明对线路采取便梁加固后,隧道拱部土层的附加动应力减小了76%,而初衬的附加动应力减小了58%,便梁加固时减小了列车动荷载对施工期隧道的影响,有利于初期支护的施工;轨下构筑物的存在将减弱列车动应力往深层传递的衰减,在既有线路的地下构筑物施工中应引起重视。     

高速公路小净距隧道施工方法探讨

小净距隧道是双洞隧道净距介于连拱隧道与规范要求上下行分离式隧道最小净距之间的一种特殊隧道结构形式。由于隧道净距小,施工时双洞相互影响较大,对隧道围岩特别是中夹岩岩体稳定性有很大的影响。因此,探讨安全、合理、经济的高速公路小净距隧道施工方法十分必要。本文结合净距4.0 m、埋深30.0 m的Ⅰ类同岩段高速公路小净距隧道工程实践,通过三维弹塑性有限元数值仿真模拟,分析双洞侧壁导坑法、侧壁导坑与上下台阶组合法及双洞上下台阶法三种施工方法施工时隧道围岩破坏接近度、围岩变形位移特征,探讨其优劣和适应性,为高速公路小净距隧道设计、施工提供科学依据。     

浅埋小净距偏压隧道合理开挖顺序探讨

运用ANSYS有限元程序,研究浅埋偏压小净距隧道在不同的偏压角度、间距、埋深条件下,先开挖深埋侧和先开挖浅埋侧2种不同的开挖顺序下的受力和变形特性,对比分析了围岩最大拉应力、围岩洞周最大位移、中岩柱水平位移和竖向应力。研究结果表明：随着角度的增加,先开挖深埋侧较先开挖浅埋侧隧道及中岩柱更加安全;当间距小于0．5倍洞径时,先开挖深埋侧较先开挖浅埋侧安全;当间距大于0．75倍洞径时,先开挖浅埋侧对于隧道受力更加有利;当埋深在1倍洞径以下,先开挖深埋侧隧道整体稳定性及受力更加安全,当埋深大于1．5倍洞径时,先开挖浅埋侧隧道受力更加安全。     

夯实高速铁路路基生命力的基础-地基处理

本文归纳总结了高速铁路路基建设中,软土、松软土与软土互层、湿陷性黄土、膨胀土、膨胀岩、岩溶等重点地基处理问题的经验教训和技术成果,对斜坡软土、膨胀岩土等地基的纵横向不均匀沉降和横向位移问题,对非饱和土地基吸水增湿效应引发的二次沉降变形问题,对站场路基与区间路基在受力、沉降方面的差异问题等进行了梳理。简析了问题产生的原因及其对路基生命力的影响,并提出了相关思考和建议,希冀有助于夯实路基基础,提高路基的生命力。     

DInSAR技术在成昆铁路复线路基及边坡垂直变形监测中的应用

针对常规铁路路基及边坡垂直变形监测技术效率较低、局限性较大的问题,本文将合成孔径雷达差分干涉测量(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,DInSAR)技术引入铁路路基及边坡的垂直变形监测中。以成昆(成都-昆明)铁路复线越西段一处(R1区域)路基及边坡为依托,利用4期ALOS-2卫星PALSAR-2高分辨率合成孔径雷达影像,研究DInSAR技术在路基及边坡监测中应用的可行性。结果表明:在监测的126 d内,R1区域地表垂直变形速率为0.12^-0.13 mm/d;以水准测量监测结果为真值,经误差分析得出DInSAR监测中误差为7.57 mm;在污水处理厂的应用实践证明,雷达影像与高分辨率遥感影像、无人机影像等光学影像的互补使用是解决铁路工程领域监测问题的有效途径;DInSAR监测得到的点(像元)密度远大于水准点的密度,能更好地反映区域性地表变形的细节特征。     

重载铁路隧道仰拱施工关键技术应用——以中条山隧道为例

为解决软岩隧道仰拱采用传统台阶法施工易出现的初期支护封闭不及时变形大,仰拱二衬采用传统栈桥施工存在的质量缺陷多、安全性差的问题,依托浩吉铁路中条山隧道对仰拱施工技术进行了研究和创新,提出仰拱和下台阶一次开挖技术和仰拱二衬大区段技术。同时针对高地应力、第三系泥岩地层及富水地段等不良地质仰拱施工技术进行了研究和优化。研究结果表明:仰拱和下台阶一次开挖快速封闭成环技术在变形控制、安全性、工效均比传统台阶法好;仰拱二衬采用24m大区段技术在仰拱整体质量,安全性均比传统栈桥施工要好;高地应力段采取早封闭、强支护等措施有效解决了变形较大的问题。第三系泥岩地层采用碎石换填并注浆加固解决了仰拱承载力不足和基底通水问题。富水地段增设独立排水系统解决了地下水对仰拱的侵蚀,降低了地下水对仰拱的作用力。通过浩吉铁路全线多条隧道的应用以及一年多的铁路运营检验证明了仰拱系列施工技术的安全性和适用性,对软岩隧道仰拱施工具有较高的应用价值。