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。     

高速铁路桥梁桩基础竖向动荷载测试

高速列车在桥梁墩台基础上产生的动荷载是计算桩基础累积沉降的重要参数。系统地测试了不同车速和车型在桥墩不同部位引起的动位移、加速度及墩身动应变,得到了不同跨度桥梁基础的动荷载参数。结果表明:桥墩动力响应(动位移和加速度)从梁端、墩顶到承台顶衰减显著。动位移与轴重、基础与地基土的整体刚度密切相关。桥梁支座具有降低加速度的作用。桥跨长度越长,动荷载越大,动荷载幅值约为动荷载峰值的20%~30%。动荷载可以用正弦函数模拟,频率与列车行驶速度和车厢长度有关。上述结论可为高速铁路桥墩基础的设计和计算作为参考。     

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。     

差异沉降对加筋土挡墙筋带内力与变形的影响

采用正交设计进行加筋土挡墙缩尺模型试验。通过对筋带延伸率、筋带密度、筋带与面板连接方式三个可变因素的二水平4组试验,研究墙后填土与墙面板之间的差异沉降对筋带变形的影响。结果表明,差异沉降导致筋带不再保持原来的水平位置,其竖向变形可以用指数曲线描述。应用弹性薄膜理论与筋土相互作用耦合方程对筋带变形及内力进行的分析表明,差异沉降导致的筋带应变由水平位移和竖向挠度共同引起,该应变比常规设计中筋带应变大,将导致筋带受力条件恶化,挡墙安全度降低。     

高速铁路重力式路肩挡墙抗倾覆稳定性对路基面动变形影响

路肩挡墙支护能力对路基面动变形有重要影响。构建高速铁路无砟轨道-路肩挡墙路基的空间结构有限差分模型,针对以倾覆破坏为主导模式的岩质地基重力式挡墙,基于正交试验方案,分析路堤高度、墙胸坡度、墙背倾斜、墙土摩擦、墙体位置、抗倾覆稳定系数共6个因素对路基承受列车荷载的动变形影响效应。通过引入反映路肩挡土墙约束路基能力的动变形指数R_ω,建立路基面动变形与显著影响因素之间的关系式。研究表明：列车荷载下路基面动变形以压缩变形为主,跟随变形与墙顶水平动位移近似呈线性正相关;挡墙抗倾覆稳定系数K₀和墙背倾斜tanα是影响路基面动变形的2个显著因素,R_ω与K₀和tanα之间服从二元三次曲面关系;以路肩挡墙路基面动变形ω不大于标准断面路堤相应值δ,即R_ω=δ/ω≥1.0为控制条件,墙背由俯斜渐变为仰斜,路肩挡墙抗倾覆稳定系数限值[K₀]非线性增大。研究成果对优化高速铁路路肩挡墙设计具有参考价值。     

列车振动荷载作用下膨胀岩盾构隧道的动力响应

南宁轨道交通1号线采用盾构法穿越膨胀岩分布区。考虑不同岩层组合对列车振动荷载与膨胀力共同作用下隧道管片与围岩的动力响应进行数值模拟分析。结果表明:距离管片越远列车振动荷载引起的沉降越小;荷载条件相同时岩土体阻尼比越小受列车振动荷载影响越大,因而产生的沉降越大;不同岩层组合条件下隧底相同位置的位移、速度、加速度和竖向应力时程曲线均在加载初期突变,在施加的列车振动荷载稳定后近似呈简谐波动形式;隧道腰部所受的竖向应力最大,顶部所受的竖向应力最小。     

软土地基桥梁桩基础单桩竖向动静载试验研究

位于软土地区的铁路桥梁桩基础在高速列车运营过程中由于动荷载作用引起桩基工作性状变化,目前国内尚无原位试验资料。某试验段在试验现场进行了2种桩径共6根试验桩的单桩竖向动静载试验。结果表明,在桩端持力层较好的情况下,软土地基桥梁桩基础设计时可以忽略由于高速列车运营的反复荷载作用对桩基工后沉降和竖向承载力的影响。     

重复荷载作用下绿色加筋格宾挡土墙的动力特性

设计并完成了大型绿色加筋格宾挡墙模型试验。试验模型尺寸为3.0 m×0.85 m×2.0 m(长×宽×高),坡角为70°,填料采用工程现场用红砂岩材料制备。双绞合六边形金属格宾网由PVC包裹,并镀锌防腐,网面单元尺寸为80 mm×100 mm。通过输入不同幅值和频率的正弦波激励,探讨重复荷载作用下模型挡墙的动力特性与动力响应规律。试验结果表明:绿色加筋格宾结构具有良好的稳定性和抗破坏性,其结构寿命能满足使用要求。当振动频率达到8 Hz时,绿色加筋格宾挡墙的竖向、水平加速度和竖向、水平位移反应变化极大。加速度反应、动位移反应和动应力反应沿墙深度方向都以一定的速度衰减。试验结果有助于揭示挡墙在重复荷载作用下的失稳机制,为绿色加筋格宾挡土墙工程设计提供有益的参考。     

超长L形深基坑台阶法开挖围护结构变形特征研究

通过对南宁地铁那洪立交站基坑工程的施工监测,分析了不同施工阶段地下连续墙围护结构的墙顶竖向位移、墙顶水平位移和墙体深层水平位移的变化规律,研究了超长L形深基坑台阶法开挖围护结构的变形特征。研究结果表明：L形基坑围护结构变形的形状效应显著,长边段中部的墙顶竖向位移量最大,交汇处次之,短边端最小;开挖深度较浅时,墙顶竖向位移以沉降为主,随着深度增加,围护结构发生波动隆起变形;同一区段内墙顶水平位移方向相一致,以向坑内变形为主;坑内开挖深度差导致不同深度侧的墙顶水平变形量差异较大,且变形方向相反。此外,还得到了不同开挖深度对应的墙体深层水平位移最大值变化范围及其所处深度范围。     

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％.     

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。     

“5.12”汶川地震中高大加筋土挡墙破坏机理研究

为了进一步研究高烈度区加筋土挡墙的破坏机理,以5.12汶川地震中发生破坏的一处高大加筋土挡墙为实例,建立数值模型,利用现场实测数据,通过有限元软件的计算,得出了加筋土挡墙在不同烈度地震作用下墙体面板的水平位移、墙后土体的水平加速度及墙背土压力沿墙高的分布情况。其次,通过有限元结果与挡墙实际破坏情况的比较,分析了该加筋土挡墙的抗震破坏机理。最后,对以上分析结果进行了总结,并对高烈度区两级加筋土挡墙的抗震设计及现场施工提出了合理性建议。     

高速铁路土工格栅加筋土挡墙服役期力学行为研究

为揭示高速铁路加筋土挡墙服役期间的力学行为,对山东省青(岛)荣(成)城际铁路土工格栅加筋土挡墙进行了竣工后48个月的长期远程观测试验,研究加筋土挡墙工后力学行为的演化规律,分析加筋土挡墙墙面、墙体内及墙背位置的侧向土压力,墙体基底竖向应力及筋材拉力的实测数据分布规律和服役期的变化情况。试验结果表明:加筋土挡墙墙面及墙内位置的侧向土压力随时间基本保持稳定,工后48个月期间墙面板背部的侧向土压力约为竣工时的98.2%。加筋土挡墙墙体竖向应力在工后48个月期间基本保持稳定。墙面处土工格栅的拉力是约束墙面变形并减小墙面侧向土压力的主要因素之一,加筋土挡墙的工后变形能够满足高速铁路对于路基变形的要求。     

钢-混凝土连续组合铁路桥梁综合动力性能试验研究

通过对某客运专线的钢-混凝土连续组合板梁铁路桥和连续组合箱梁铁路桥的综合动力性能试验,测试在高速列车通过时钢-混凝土组合连续梁桥的自振特性、动挠度、竖横向振幅、竖横向加速度、墩顶横向振幅、支座位移、脱轨系数、轮重减载率和轨道力等动力响应和安全指标。采用车桥耦合振动理论对2座组合梁桥进行动力仿真分析,对桥梁的动力性能、试验列车运营的舒适性和安全性进行预测,结合已有相关规范,分析实测资料并综合评价2种类型组合梁铁路桥体系的各种性能。试验结果表明,在高速列车荷载作用下,2座组合梁桥梁体及墩身应力增量很小,支座位移也很小;实测梁体竖向自振频率符合相应的规范要求;在高速列车荷载作用下,梁体跨中挠度、横向振幅、竖横向加速度和墩顶横向振幅以及桥梁中跨跨中的脱轨系数、轮重减载率和轨道力符合相应的规范要求。     

列车引起的环境振动及对邻近深基坑影响试验分析

为研究基坑开挖中列车荷载的影响,通过试验测试了列车荷载引起的环境振动,并分析了列车荷载作用对开挖基坑的影响.试验结果表明:列车荷载引起的场地响应随远离铁路而逐渐减小,在一定范围内,响应峰值衰减很快;在距铁路轨道10.2 m的位置处,加速度峰值有短暂的突升;竖向加速度的衰减速度明显大于水平向加速度,在振源附近竖向加速度大于水平向,但远离轨道一定距离后,竖向加速度小于水平向加速度;轨道处的竖向位移小于水平向位移,但在远离轨道的一定范围内竖向位移峰值大于水平向位移,到靠近基坑位置水平位移再次大于竖向位移;从试验及监测结果看,短时间内列车荷载对临近基坑的影响很小,由于基坑暴露的时间较短,可以不作为主要的风险源.     

端承桩水平振动响应能量变分分析方法

考虑竖向荷载对桩基水平承载力的影响,采用能量法对地基土中端承桩的水平振动问题进行理论研究。根据分析动力学建立在水平动荷载作用下桩土系统的拉格朗日方程,通过复变函数和广义变分原理分别建立桩基和土体控制方程,采用分离变量法推导出土体位移表达式,结合桩土耦合振动条件和迭代程序得到桩基位移、内力和桩顶水平动力复阻抗解析表达式。通过算例分析,研究竖向荷载对桩顶动力复阻抗的影响以及桩周土剪切模量和桩长对桩身位移分布规律的影响。研究结果表明:动力复阻抗随竖向荷载增大而逐渐降低,桩身水平位移和转角随桩周土剪切模量增加而注浆降低;桩长达到有效桩长时,桩土系统有效耦合振动长度不发生变化。     

设计荷载作用下大跨度铁路悬索桥的梁端变位特征

以连(云港)镇(江)铁路五峰山长江大桥为工程背景,基于有限元分析,研究该桥在基础不均匀沉降、温度荷载、风荷载、竖向活载及制动力作用下的梁端变位特征及荷载组合效应。结果表明:梁端纵向位移主要影响因素为温度荷载和竖向活载,其次为纵向风荷载、基础沉降和列车制动力;梁端竖向转角受竖向活载和基础不均匀沉降影响最大;横向极限风荷载和温度荷载对梁端横向位移和转角存在一定影响;主、引桥之间的横向位移差引起梁端横向折角。除考虑梁端纵向位移和竖向转角外,铁路悬索桥在设计时也应关注梁端横向位移和横向折角,可通过结构约束体系、端横梁局部合理设计及主、引桥支座位置优化等措施满足梁端空间变位要求,从而为大位移梁端伸缩装置的设计和梁端区域行车的安全平稳提供有利条件。     

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。     

高速移动荷载作用对桥上轨道竖向动力特性的影响

以成灌铁路简支箱梁桥及轨道结构为背景,建立了移动荷载作用下桥梁轨道力学模型,推导了其竖向振动位移响应并编制计算程序,分析了荷载移动特性对桥上轨道竖向振动位移特性的影响。计算单个荷载以不同速度通过轨道时的竖向位移变化,得出即使没有轨道不平顺影响,高速移动荷载作用仍然会引起桥上轨道竖向振动,且振动频率与速度有关;与静荷载作用相比,轨道的竖向振动振幅大大增加,就成灌铁路而言,竖向位移最大值出现在速度350 km/h时。研究结果对深入了解高速列车通过桥上轨道时的动力特性有重要指导意义。     

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。