路堤荷载作用下斜坡地基侧向变形计算分析

为探究斜坡地基在路堤荷载作用下的侧向变形,在Boussinesq和Cerruti集中力下半无限体侧向变形弹性解的基础上,运用积分思想,推导出斜坡地基在路堤荷载作用下的侧向位移。将路堤荷载分解为平行于斜坡和垂直于斜坡2个方向,分别推导出地基在平行和垂直于斜坡的各种荷载下的侧向变形理论解析解,最后依据叠加原理,将平行于斜坡表面和垂直于斜坡表面的荷载引起的侧向变形进行叠加,得出斜坡地基在路堤荷载作用下的侧向变形解析解。研究结果表明:对于斜坡上侧地基的土体,水平荷载引起的侧向变形可在一定程度上减小侧向变形的峰值,但对于斜坡下侧地基土体,水平荷载引起的侧向变形则会增大侧向变形的峰值。     

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.     

考虑摩阻效应的弹性地基梁幂级数解

基于Winkler地基模型,假定地基梁与地基土体间的摩阻力沿有限梁长呈线性分布,考虑弹性地基梁与地基土体之间的水平摩阻效应,建立集中荷载作用下地基梁挠曲变形及内力计算模型和相应的变形控制微分方程.采用幂级数法,分别给出计算弹性地基梁竖向挠曲变形、转角、弯矩、剪力的幂级数半解析解.将本文方法与传统弹性地基梁法进行比较以验证本文方法的可行性,并进一步分析梁土间摩阻效应对弹性地基梁位移及内力的影响.分析结果表明,梁土接触面上的摩阻力对地基梁的位移及内力有一定程度影响,且地基土越坚硬,梁土接触面越粗糙,该摩阻效应对梁位移及内力的影响也就越大.     

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。     

戈壁土路堤边坡稳定性影响因素数值模拟研究

研究目的:戈壁地区高速铁路路堤边坡稳定性受填料性质、降雨及有无防护、加筋加固等因素影响。本文以兰新铁路第二双线戈壁地区路基试验段工程为依托,针对试验段中代表性填料填筑的路堤边坡,利用数值模拟分析不同状态下各因素对边坡稳定性的影响规律,以期对合理设计边坡防护与加固提供依据。研究结论:(1)采用戈壁砾砂土和细圆砾土所填筑的路堤边坡,在非饱和状态下其稳定性均能满足相关规范的要求;(2)降雨对戈壁土路堤边坡的稳定性有很大影响;当降雨入渗后,边坡侧向位移会增大;浅层饱和土体厚度不同,最大侧向位移不同;浅层饱和土体厚度小于1 m时,易发生边坡的浅层溜坍现象;饱和厚度越大,边坡的稳定性越差;(3)对于戈壁土路堤边坡而言,当边坡在浅层加筋加固后,其性能将得到很大改善,边坡的稳定性得到增强,加筋对边坡的浅层溜坍现象有明显的改善作用;(4)在加筋和边坡防护共同作用下,边坡稳定性得到很大程度提高,能防止或抑制各种不利影响因素所引起的破坏;(5)本研究结果可为同类地区的工程建设及设计提供相应的参考。     

高速铁路路基-地基系统振动响应分析

推导了有砟轨道-路基-地基系统在轮轨接触点处的柔度矩阵,建立了考虑轨道不平顺的车辆-有砟轨道-路基-层状地基垂向耦合振动解析模型。通过算例分析了单台TGV高速动车引起的路堤本体-地基系统振动,得到路堤本体表面的垂向位移,研究了列车速度、轨道不平顺、基床刚度和路堤土体刚度对路堤本体振动的影响。研究结果表明:路堤本体垂向位移主要由移动列车轴荷载引起;随着列车速度的提高,路堤振动的"波动性"明显增加;基床刚度和路堤土体刚度对路堤振动影响显著,可通过增大基床和路堤土体刚度来减小高速列车引起的路基振动。     

基于正交试验设计的路堤下地基沉降影响因素显著性分析

为研究路堤下地基沉降影响因素的显著性,采用等水平正交表进行正交试验设计,建立了地基沉降理想弹塑性有限元分析模型,通过计算路堤填土重力作用下的地基沉降及塑性变形,分析了在高低两种地基土强度条件下地基土的变形模量、内摩擦角、黏聚力、重度和路堤高度、填土变形模量、填土重度7种因素对地基沉降影响的主次关系。分析结果表明:对地基沉降影响最为显著的因素是地基土变形模量和路堤高度;随着地基土强度的降低,地基土的塑性变形增加明显,地基土内摩擦角对地基沉降的影响程度凸显,其显著性明显超过路堤填土重度与地基土黏聚力;对地基土的塑性变形而言,地基土内摩擦角的显著性大于地基土变形模量、路堤高度等因素,影响程度最为显著。研究成果可为地基沉降分析与工后沉降控制提供参考。     

基于Mohr-Coulomb理论的路堤临界填筑高度确定方法EI北大核心

研究目的:同时考虑地基土的内摩擦角与黏聚力,对软土地基上的路堤填筑临界高度计算方法基于摩尔库仑理论进行探讨,并与传统的费兰纽斯公式、经验公式等做对比分析,找出他们的不足之处。本文拟从两方面着手进行分析,找出理论公式。研究结论:确定路堤临界填筑高度时:(1)应该同时考虑地基土的内摩擦角与黏聚力,计算结果才能更加可信;(2)通过计算分析,设计临界高度并不是由填筑临界高度简单地适当降低2～3 m,也不能简单地直接按填筑临界高度来设计,而必须根据填筑高度、坡率、列车荷载以及地基参数通过稳定性分析来确定,否则会造成较为保守的设计;(3)以往的方法很少同时考虑土体的内摩擦角φ与黏聚力c,因此,具有一定的局限性;(4)本文同时考虑土体的内摩擦角φ与黏聚力c,推导的理论计算公式可以用于初步确定软弱地基上填方的临界高度。     

武广高铁武汉综合试验段软土复合地基沉降分析

研究目的:不良地质环境条件下路基工后沉降的控制是高速铁路设计中的关键问题,过大的路基工后沉降会对高速铁路的运营产生不良影响。本文以武广高速铁路武汉综合试验段为例,运用有限元法对软土段采用CFG桩复合地基处理后的沉降特征进行研究。研究结论:(1)随着路堤填筑高度的逐渐增加,路堤高度越大其沉降量越大,复合地基CFG桩端沉降量随距路堤中心距离增加而减小,且在路堤顶面宽度以外快速衰减;(2)CFG桩与填土应力比随路堤填筑高度的增加而减小,桩土所承担的荷载分布更加均匀,桩土应力比随距路堤中心的距离增大而增大,路堤中心处桩土受力更均匀;(3)孔隙水压力随填筑高度增加而迅速增长,加载完成后便开始逐渐消散,路堤填土一年后,路堤中心处的孔压基本扩散均匀,约为38 kPa;(4)该研究成果可为高速铁路软土复合地基沉降控制提供参考。     

高速铁路斜坡路堤变形控制探讨

研究目的:变形控制已成为高速铁路路基的主要控制因素之一,斜坡地基在我国道路建设中普遍存在,斜坡地基上修建路堤工程的稳定、变形及施工具有其特殊性,并存在一些问题。分析斜坡地基上修建高速铁路路堤工程存在的问题,并提出一些应对的工程技术措施,对工程实践具有重要的指导意义。研究结论:斜坡地基上修建的路堤工程除控制水平地基存在的工后沉降、路基与结构物的差异沉降外,还存在路堤不均匀沉降、陡坡路堤过大侧向变形等问题。经研究提出以下解决方法:(1)缓于1∶2.5的斜坡路基,采用挖台阶填筑;(2)采用侧向约束桩、路肩桩板墙等限制地基侧向变形和保证地基稳定;(3)采用复合地基提高地基强度和减小地基沉降;(4)采用锚索桩、板椅式桩板墙等减小支挡结构顶部侧向变形;(5)设置过渡段、加密地基加固桩间距用以消除不均匀沉降;(6)本文可为对变形控制要求严格的高速铁路斜坡路基加固设计提供有益参考。     

循环荷载下重载铁路路基累积动应变分析

研究目的:基于山东东营某重载铁路路基工程,以重载铁路路基为研究对象,通过一系列循环振动三轴试验,探究在氯盐侵蚀和循环振动荷载双重因素耦合作用下重载铁路路基的累积动应变发展变化规律,进一步揭示路基土体变形影响因素及其规律。研究结论:(1)循环振动荷载作用下,土体累积动应变随着循环振动次数的增加而不断增大;(2)不同的动应力比下,累积变形曲线呈现出稳定型、临界型和破坏型三种类型;(3)干密度越大,土体抵抗变形的能力越强,累积动应变发展速率越小,临界动应力比越大;(4)土体的累积动应变发展速率随含水率、含盐量和振动频率的增大而不断加快;(5)围压和含水率均可以改变土体累积动应变的发展类型,随着围压的增加,路基的变形速率降低;(6)该研究成果可为重载铁路路基设计与施工提供参考。     

湿陷性黄土区公路涵洞地基处理措施效果研究

研究目的:湿陷性黄土地区公路涵洞病害时有发生,为解决湿陷性黄土地区公路涵洞因地基处理不当而导致的工后沉降变形过大等问题,本文以青海省新建民小一级公路沿线Ⅲ级自重湿陷性黄土地区的两座涵洞为工程实例,采用换填法和灰土挤密桩法分别对两座涵洞进行地基处理,对其处理效果和地基沉降变形特征进行研究,以期为不同地基处理方法在湿陷性黄土地区公路涵洞地基处理中的应用提供参考。研究结论:(1)换填法和灰土挤密桩法都能有效减弱或消除湿陷性黄土地区涵洞地基因浸水而引起的湿陷变形,可较大幅度地提高涵洞地基承载力;(2)灰土挤密桩法对提高地基土压缩模量比换填法更有效;(3)通过现场监测得到,换填法和灰土挤密桩法涵洞地基的一年累计沉降量分别为25.0 mm和18.2 mm,分别完成最终沉降量的79.9%和78.1%,两种复合地基的沉降变形呈现先增大后趋于平缓稳定的变化趋势;(4)经换填法和灰土挤密桩法处理过的涵洞地基累计沉降量都在稳定可控的范围内,能够有效提高涵洞结构的安全性,相比于换填法,灰土挤密桩法对降低湿陷性黄土压缩变形、提高地基承载力更为有效;(5)本研究成果可为湿陷性黄土地区涵洞地基设计和病害防治提供理论指导和科学依据。     

高填方路堤下CFG桩复合地基渐进破坏分析

对地基反力系数法中地基土体水平位移进行修正,将桩体断裂位置以上土的位移按系数分配给相邻桩体,然后将桩土位移差值代入微分方程求解桩身位移和弯矩,得出了桩体断裂后相邻桩体的变形与受力情况的计算公式.利用软件ABAQUS中的XFEM模块模拟了实际高填方路堤工程中桩体的弯矩、断裂位置及顺序,验证计算的正确性和适用性.结果表明:...     

高速铁路碎石土路基压实质量检测方法、标准的研究

在高速铁路设计中，路堤填筑压实不仅要考虑列车静荷载的影响，其高速行驶中产生的动荷载冲击力已经不容忽视。本文通过采用地基系数K30、动态变形模量Evv,孔隙率n三种不同检验方法对试验段碎石土路堤填筑压实质量进行检验，利用数理统计方法分析研究，以期提出高速铁路路基检测合理标准、方法。     

高速铁路深厚地层CFG桩复合地基变形计算经验系数分析

为探讨路堤荷载作用下摩擦型CFG桩复合地基变形计算经验系数变化特性,基于京津城际和京沪高铁2个试验段共6个路堤断面的勘察设计资料和沉降观测数据,分析深厚松软土地基变形计算经验系数与当量压缩模量的关系及其受压缩层厚度的影响规律。结果表明,高速铁路区间路堤荷载条件下,深厚松软土CFG桩复合地基变形计算经验系数随当量压缩模量的增加呈递减趋势,与压缩层厚度之间表现出显著的负相关性特征,并明显大于铁路技术规程的推荐值,差异可达1倍以上。针对应力比为0.1和0.15所对应的地基压缩层厚度,分别提出相应的地基变形计算经验系数建议值,对完善铁路工程的地基变形计算技术有一定意义。     

季节冻土区保温法抑制铁路路基冻胀效果研究

模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随时间的变化可以反映出冻结相变区的变化;进一步分析表明,铺设保温板后,对路堤中心下冻结深度线的提升具有显著的作用,但对坡脚附近土体冻结深度线影响甚微,应当做好路基边坡防护工作.考虑土体体积力和土体冻结相变产生的膨胀力,采用热弹塑性冻胀计算模型,得到冻土路基冻胀时的变形和应力分布.在此基础之上,对冻土路基发生最大冻胀时的变形场和应力场进行分析,结果表明:利用保温法增大热阻,推迟或预防地基土的冻结,可明显减小路基冻胀隆起变形,使路基中拉应力(拉应变)减小;铺设保温板后路基坡脚附近天然地表下季节冻结层土体仍发生较大冻胀变形,其冻结时巨大的冻结膨胀力对路堤边坡仍有一定的破坏作用.建议与换填法相结合,改善坡脚附近冻胀敏感性土的土质,减弱其冻胀性,从而减小冻胀力对路堤的破坏作用.     

高铁复合结构路基荷载传递及沉降数值模拟

研究目的:高速列车运营荷载作用将导致复合结构路基产生沉降。由于高铁对路基沉降要求高,复合结构路基的荷载传递和沉降变形规律值得工程界关注。为研究高铁复合结构路基荷载传递以及沉降变形规律的影响因素,本文建立高速铁路复合结构软土路基三维有限元分析模型,将高速铁路列车运行荷载简化为均布荷载作用于轨道板以下的路堤顶面,分析桩长、桩间土模量和下卧层模量对桩身轴力分布、桩土应力比以及路基沉降的影响规律。研究结论:(1)桩身轴力随桩长增加而增大,路基沉降则明显减小;在不同桩长下,桩土应力比沿桩身距离路基中心水平方向位置的变化均表现为先增大再减小的趋势,10 m、12.5 m、15 m和20 m桩长下桩土应力比稳定值分别为6.8、10、13和17;(2)桩身轴力随桩间土模量增大而减小;在不同桩间土模量下,桩土应力比随桩身距路基中心水平位置的偏移先稳定后增大再减小,10 MPa、30 MPa和50 MPa桩间土模量下桩土应力比分别为30、12和7;(3)下卧层模量增大使桩端摩阻力增大,桩身中性点位置向下偏移;桩土应力比随水平位置偏移的变化规律同样是先增大后减小,下卧层模量增大能使桩的沉降明显减小,但对路基总沉降影响不大;(4)该研究结论可为高铁复合结构路基及类似工程设计和施工提供理论参考。     

考虑地下水位下降的刚性桩复合地基沉降模型

研究目的:地下水位降低同区域性沉降直接相关,为研究区域沉降地区的高速铁路路基沉降控制问题,对地下水位降低情况下的刚性桩复合地基桩土作用发展变化规律展开研究就显得尤为重要。基于桩土荷载传递和桩侧土体极限抗剪强度理论,本文建立考虑地下水位降低影响的刚性桩复合地基沉降计算模型,根据沉降模型关于不同初始地下水位及不同深度地下水位降低情形的计算结果,确定地下水位降低引起的刚性桩复合地基沉降变形以及桩侧摩阻力分布特征。研究结论:(1)初始地下水位对桩土沉降变形的影响随地下水位深度的增加而减小,且总体处于较低水平;(2)地下水位降低幅度和水位线位置均影响桩土沉降变形,浅层地下水位变化将引起更严重的地基沉降变形;(3)地下水位降低引起桩土附加沉降的作用机理类似于大面积堆载,并将引起桩顶附近桩侧负摩阻力的增加;(4)本研究成果可为地下水开采诱发区域性地面沉降地区的刚性桩负荷地基设计提供参考,也可为高铁路基沉降控制提供可靠的设计计算依据。     

泥水盾构开挖面失稳破坏的颗粒流模拟研究

针对北京砂卵石地层大直径泥水盾构隧道开挖面稳定性和地表沉降的问题,采用颗粒流程序PFC2D研究砂卵石地层土体的颗粒流细观参数,从土体颗粒的摩擦系数和接触模量以及泥膜的厚度和黏合强度对开挖面的作用效果进行分析和评价。结果表明:土体的颗粒摩擦系数和接触模量以及泥膜的厚度和黏合强度对开挖面的稳定性有显著影响;土体颗粒的摩擦系数和接触模量越小,开挖面破坏越严重,地层坍塌轮廓越大,地表沉降槽越深;当土体颗粒的摩擦系数增大到2.4、接触模量增大到12×107 N·m~(-1)时,开挖面趋于稳定,地表沉降槽曲线平缓,地表竖向位移较小;泥膜的厚度和黏合强度越小,开挖面挤出变形越显著,越容易引起较大范围的地层变形,从而导致地表塌陷;当泥膜的厚度为20mm且泥膜黏合强度为1 400N·m~(-1)时开挖面稳定。     

基于荷载传递理论的刚性桩复合地基沉降计算

研究目的:软土地区高速铁路路基地基处理一般采用刚性桩复合地基结构,但目前考虑桩土协同工作的刚性桩复合地基沉降计算方法仍存在不足。本文通过荷载传递理论描述桩与桩间土之间荷载转移规律,由最小二乘法拟合桩间土表面荷载引起的加固区附加应力抛物分布方程,尝试建立刚性桩加固区沉降计算模型,为刚性桩复合地基沉降变形验算及桩体平面设计提供理论依据。研究结论:(1)刚性桩加固区桩与桩间土之间存在荷载相互转移现象,桩侧同时分布正负摩阻力;(2)桩间土表面荷载引起的加固区附加应力为非线性分布,可采用五点最小二乘法拟合其抛物分布方程;(3)沉降模型关于京沪高铁试验段刚性桩复合地基沉降计算结果与实测值接近,计算偏差约15%;(4)Randolph理论关于桩侧和桩端刚度系数取值方法使桩土沉降差计算结果偏大,刚度系数取值的合理性需进一步研究总结。