运煤公路黄土路基不均匀永久变形特性

通过室内重复加载三轴试验,测试了24种工况条件下黄土路基永久变形与加载次数之间的关系;采用统计回归的方法对现有路基永久变形预估模型进行参数修正与标定;采用分层分条总和法计算了不同行车荷载及交通条件下的路基永久变形,得到了路基顶面累积竖向永久变形沿道路横向的分布曲线。结果表明:与普通道路相比,运煤公路轻、重车辆分车道行驶引起的路基顶面竖向累积永久变形曲线在道路横断面上的分布形态呈"勺子"形,曲线曲率更大,差异变形更加显著。     

水泥混凝土路面路基永久变形预估

结合修正后的路基永久变形预估模型和应变分层总和法,在考虑粘土、粉土和砂土3种不同土质状态下,分别预估了荷载作用于板边、板中及板角时路基产生的永久变形．计算表明,对于一定的路面结构和交通轴载,粘土路基的永久变形量最大,粉土次之,砂土最小;对于同一种土质,板角受荷时路基的永久变形最大,板边受荷次之,板中受荷最小;当荷载作用在板边时,板的尺寸越小,路基的永久变形越大;板角受荷造成的路基永久变形对水泥路面的受力状况是最为不利的．     

柔性路面路基土的永久变形

提出了一种柔性路面路基土在车辆重复轴载作用下的永久变形的计算方法,采用现行路基路面设计理论中将应力分析和应变分析分别处理的通行准则,结合本文作者提出的一个路基土永久变形特性的实用模型,给出了计算永久变形的步骤并演示了一个算例,还分析了路基土的永久变形对柔性路面结构中两种常见损伤模式的影响。     

高速移动荷载作用下无砟轨道路基动位移研究

建立三维有限元CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基-天然地基土非线性数值分析模型,基于轨道随机不平顺条件下计算得到轮轨载荷,通过有限元软件二次开发子程序将轮轨载荷导入有限元模型,路基两端及天然地基土体四周采用等效三维一致粘弹性人工边界模拟工程实际半无限空间体,在此基础上研究分析高速移动荷载作用下路基的动位移分布规律。研究结果表明:文章采用的有限元模型计算得到的路基竖向动位移远小于我国现行高速铁路标准的控制值3.5 mm,满足要求;列车模型为两节动车,中间两组轮对移动产生的动位移叠加,竖向动位移在各结构层中的时程曲线峰值与转向架数目进行对应;沿横向分布,在混凝土底座范围内,路基各结构层竖向动位移幅值沿横向分布变化较小,各结构层横向最大差值仅为0.129 mm;在混凝土底座范围外,路基各结构层竖向动位移幅值横向分布差异较大,横向最大差值均超过0.5 mm;随着深度的增加,竖向动位移在路基中随着深度的增加逐渐衰减,最大值位于基床表层顶面,近似线性衰减;基床表层刚度的变化对系统动力响应影响作用较有限,基床底层刚度的增大对降低路基中的动位移影响作用较显著,有利于行车运行的平稳、舒适及安全,提高列车时速会加大路基的变形位移,地基土刚度的变化对路基中对降低系统动位移的作用最显著。     

考虑相变作用的冻土路基应力与变形分析模型

基于冻土路基温度场的控制方程,考虑水分转化为冰的相变作用对土体瞬时变形和蠕变变形的影响,建立路基应力和变形的二维数值方程,并通过1月份的路基冻胀力学模型,分析冻胀带内水分相变引起的路基应力和变形的分布规律.研究发现,在冻胀区域一定的情况下,冻胀率的大小决定了路基表面应力和变形的极值大小;竖向位移的最大值在坡脚处产生,并向路基中部和左侧边界逐渐递减;随着冻胀率的增加,路基表面裂缝有从坡脚向路中发展的趋势;路基表面产生最大拉应力的位置与最大竖向位移的位置基本吻合;路中所承受的拉应力主要发生在水分集聚的相变带范围内.结果表明,相变作用是引起路基发生冻胀病害的直接因素,分析路基应力与变形的分布规律是研究多年冻土路基破坏机理的有效方法.     

交通荷载作用下煤矸石路基变形响应特性分析

交通荷载作用下路基变形是道路工程主要研究问题。对煤矸石填料进行动三轴试验,研究了煤矸石填料变形特性与累积振次、动荷载幅值的变化规律,并依据交通荷载动力特性,对交通荷载作用下路基变形响应进行数值模拟。试验和数值模拟结果表明:煤矸石填料变形随累积振次增加而增长,前期增长速度较快,后期增长速度缓慢且变形值逐渐趋于定值;相同振次条件下,变形随动荷载幅值增加而增长;车辆正下方路基沉降位移随路基深度增加而减小,但减小速率逐渐降低,沉降曲线在深度6 m左右出现明显拐点,表明交通荷载影响深度为6 m左右;路基沉降随行车速度增加而增长,这为道路路基设计提供了依据。     

沙漠区风积沙路基水盐迁移规律

以沙漠区风积沙路基土为依托,检测了典型路面病害路段不同深度试样的化学成分,基于土水势原理,分析了路基内盐分与水分的迁移特点;以95%的压实度分层填筑土样,采用自制试验装置测试模型土柱的含水率与导电率,研究了最佳含水率条件下温度梯度对路基内水盐迁移规律的影响。研究结果表明:病害路段路基土为细沙,基层与路基土含盐成分均以可溶性硫酸钠与钾盐为主,在-6℃~0℃会形成Na2SO4·10H2O,发生体积膨胀,当遇到外界水分的进入,就会加剧路基土盐胀和路面隆起破坏;路基压实一周后,土样5cm深度处含水率降低了1%~2%,硫酸根含量降低了0.05%~0.06%,在35cm深度处含水率升高了0.5%~0.8%,硫酸根含量降低了0.12%~0.14%,在重力势与压实的双重作用下,均质土体出现快速且明显的水盐分层现象;在外界温度作用下,土样25cm深度范围内温差为20℃~30℃,超过25cm深度范围,温差约为1℃,随着深度增加,温度梯度变化量逐渐减小,最终趋于0;风积沙路基内部水盐分布随深度先降低后增加,水盐场随深度分布呈现"对勾"状规律;风积沙路基内部的水盐迁移是由气、液两态混合作用的结果,在高温作用下,路基顶面10cm范围内水气迁移占据了主要的迁移方式,而在10cm以下主要由细沙构成的风积沙内无法形成有效的毛细水上升孔道,水分主要以薄膜水的形式进行迁移,在降温作用下,液态水携带盐分上升,在路基顶面形成盐分积聚现象。     

沥青路面土基永久变形预测

首先简要综述了车辆循环荷载下柔性路面路基变形的研究现状;然后,基于南非重车加载试验数据建立了一个简单的计算模型来预测柔性路面路基的永久变形量．该模型可以全面考虑路基材料特性、路基土在车辆荷载作用下的应力应变状况和荷载作用次数;最后,以一个柔性路面为例,应用该模型对循环荷载下的路基变形发展进行了预估。     

路基上纵连板式无砟轨道动力特性分析

为研究土质路基上纵连板式无砟轨道动力性能,建立了列车-路基上纵连板式无砟轨道耦合动力学模型.模型中,将纵连板式无砟轨道及路基视为空间层状粘弹性体,采用连续体建模法,建立其运动微分方程并用Galerk in法进行离散变换;分析了CRH2-300动车组以300、350 km/h速度运行时,路基上纵连板式无砟轨道的动力特性,并与京-津城际铁路实测结果比较.结果表明:水泥沥青砂浆最大动应力为46.8~50.5 kPa,小于砂浆层设计指标值15 MPa;动变形随深度衰减较慢,动应力随深度衰减较快;单个转向架产生动应力的影响范围沿线路纵向约为5 m、横向约为3.25 m;轨道板、水泥沥青砂浆层和支承层沿深度方向的变形分布差别不大.     

不同垫层下管桩复合地基现场对比试验研究

为比较管桩+钢筋混凝土板复合地基、管桩+桩帽+土工格室复合地基、管桩+桩帽+土工格栅复合地基的受力和沉降控制效果,开展了3种复合地基处理深厚软土路基的现场试验,分析研究了不同垫层条件下管桩复合地基受力和变形规律,结果表明:路堤荷载作用下,桩顶和桩间土应力由路基中心向路肩、坡脚处逐渐减少,土工格栅垫层时桩土应力比为2.47~5.42,土工格室垫层加固桩土应力比为2.30~6.25;钢筋混凝土板垫层时桩土应力比为8.05~14.81;随着路基填土荷载的增大,土工格栅、土工格室拉力逐渐增大,路肩位置拉力最大,相同荷载作用下土工格室所受拉力大于土工格栅;3种复合地基加固措施中管桩+钢筋混凝土板对路基沉降的加固效果最好,稳定后地基面沉降分别为土工格栅和土工格室桩网复合地基地基面沉降的68.46%和72.56%.      

交通荷载作用下低路堤累计永久变形试验研究

采用低路堤高速公路设计方案时,交通荷载会对路基的应力和变形产生较大的影响。文章通过破坏轴向应力试验与累积永久应变试验,模拟了交通荷载对路基的循环作用,研究了不同频率、不同围压、不同应力水平下交通荷载引起的路基变形特征,提出交通荷载作用下低路堤产生沉降的主要因素,供低路堤的设计和处理参考。     

有轨电车嵌入式轨道路基荷载动应力特性分析

掌握有轨电车交通荷载下路基动力响应特性是设计嵌入式轨道路基结构的关键技术前提.首先，考虑车体间铰接形式、轨道支承特点与路基阻尼影响，构建有轨电车-嵌入式轨道-土质路基耦合动力学模型；然后，以中国普通干线铁路轨道谱为激励，进行动力学仿真；最后，分析路基面承受车辆荷载特点，并讨论动应力放大系数的概率分布特征与沿深度衰减规律.研究表明：嵌入式轨道结构路基面动应力的幅值受轨道随机不平顺影响服从正态分布规律；在有轨电车轴重11 t、设计速度100 km/h、90%干线轨道谱条件下，路基面动应力放大系数服从正态分布N(1.008, 0.100²)，超越概率30%的常遇动力系数为1.058，保证率为99.9%的极限动力系数为1.308；受路基材料阻尼影响，动应力放大系数沿深度线性衰减，阻尼增大，衰减趋势加剧；随着深度增加，动应力放大系数均值逐渐减小，由动力作用增大区略大于1过渡到动力作用减弱区小于1.     

青藏高原机场跑道多年冻土地基温度场特征

对比了青藏高原多年冻土地区机场跑道地基温度场与公路路基温度场, 分析了其地基温度分布、温度沿深度的变化以及地基最大融化深度, 研究了宽幅沥青混凝土道面机场跑道地基温度场特征, 对比了不同道面宽度条件下其地基温度分布、不同时间地基温度沿深度的变化以及跑道中部及道肩的最大融化深度, 并基于道面宽度、时间建立了沥青混凝土道面机场跑道道中地基融化深度的表达式。研究结果表明: 多年冻土地区机场跑道地基温度场与公路路基温度场存在明显差异, 机场跑道地基融土核位置更低, 且全部位于天然地面以下, 而公路路基融土核位置相对较高, 可以通过抬高路堤使融土核全部位于路堤内, 便于通风管等温控措施的施工, 可见由于机场跑道无路堤、道面幅度宽等特点, 使得多年冻土地区公路与铁路建设的现有研究成果不能完全应用于机场跑道建设中; 对于沥青混凝土道面的机场跑道多年冻土地基, 随着道面宽度的增加, 跑道地基稳定性降低, 道面宽度每增加1%, 地基0℃等温线约下降0.17%, 地基融土核最高温约上升0.46%, 道中地基融化深度约加深0.19%, 但当道面宽度超过35 m时, 道中地基融化深度趋于平稳; 相对于道中地基温度场, 道肩受道面宽度的影响较小, 当道面宽度超过25 m时, 其地基融化深度趋于平稳; 道中地基融化深度表达式相关系数为0.988 6, 相对误差在1%以内。      

循环荷载作用下路基土体塑性变形研究

在分析岩土体在重复荷载作用下永久变形产生和发展的规律,以及对常用重复荷载作用下土体永久变形计算方法的基础上,采用单元强度随机生成的有限元方法对重复荷载下岩土体永久变形规律进行了数值仿真,得出以下主要结论:采用单元强度随机生成的有限元方法模拟方法能够较好的表现土体永久变形的基本规律,路基岩土材料的强度变异性是土体在重复荷载下累积变形表现与其他材料差别的主要因素;红层软岩路堤在不同大小的车辆荷载作用下塑性累积变形逐渐发展;当汽车荷载较小,路基在车辆荷载作用下的变形可以稳定。当荷载较大,则沉降渐进发展而且不能稳定,会出现路基土体移动,路基脱空等病害。     

Permanent Deformation of Highway Subgrade Soils

Based on a comprehensive review of the literature and preliminary testing performed on a subgrade soil, a testing methodology for repeated load testing was established. This testing protocol was verified using data from subgrade soil. The successful application of this testing protocol on the two subgrade soils proves that it can provide consistent, reliable results. A power model was used to fit the accumulated axial strain over load repetitions with the first hundred cycles excluded from the data set. A number of factors influencing the accumulation of permanent deformation were investigated. The results indicate that confining pressure, load frequency and density are relatively minor contributors to deformation accumulation. Moisture content, deviator stress and first cycle freeze-thaw are major factors governing permanent deformation. The effects of stress history resulting from staged loading are dependent upon the level of applied deviator stress. The interpretation of the rich and consistent deformation data derived from this testing protocol provide valuable insights for transportation engineers relative to the design, construction, operation and maintenance strategy of highway subgrades as well as railway roadbeds.     

新型桩板结构路基在季节冻土区的适用性

针对莫喀（莫斯科—喀山）高速铁路季节性冻土区路基冻胀病害防治问题,提出了铺设保温板垫层的新型桩板结构路基. 通过对聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS）、聚氨酯板（PU）和挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（XPS） 3种保温材料性能的对比分析,发现新型桩板结构路基中的保温板可采用在保温隔热、隔水防渗和抗压性能方面表现良好的XPS保温板. 通过建立热弹塑性冻胀计算模型,研究了冻胀力作用下保温板铺设范围、厚度、路基填高和外界温度对新型桩板结构路基受力变形的影响. 结果表明:当保温板铺设范围延伸到线路两端的信号线槽处时,可以更好地阻滞外界负温向下传递（减小冻深）,抑制因桩板结构周边土体冻胀对结构物产生的不良影响;随着保温板厚度的增大,冻胀量呈指数形式减小,冻深呈抛物线形减小,保温板上表面处起到抑制外界负温向下传递的作用,下表面处起到控制下部土体温度耗散的作用;增大路基填高,有利于抑制路基冻胀量,减少保温板的使用厚度,当路基填高0.8 m时,保温板垫层厚度需大于0.40 m;当路基填高2.8 m时,保温板垫层厚度需大于0.31 m.      

拼装式铝道面板下土基变形预测模型

为了分析飞机重复荷载作用时拼装式道面板下土基塑性变形情况,对4种不同厚度、强度的蜂窝铝夹芯道面板进行了足尺通行加载试验,测试了土基在不同轮载作用次数下的塑性变形.通过数据拟合分析确定了特定铝道面板下土基变形关于通行次数及基层强度的简化模型.对简化模型进行修正后,将新模型与其他传统预估模型进行了对比,结果表明:土基变形与通行次数的对数成正比例关系,与土质道面强度成反比例关系,道面板D铺设在高强度基层上时,道面板的疲劳开裂是道面结构失效的主要原因;道面板D铺设在70 MPa的基层上时,采用沥青道面设计公式、美军土质道面设计公式、本文推导公式分别计算得出的最大通行次数为4.071013、288、487990次.      

沥青路面典型结构力学分析

针对东北地区高速公路沥青路面状况,依据东北地区道路冻区、交通等级、土基强度等级,采用有限元对路面结构应力、应变及弯沉等指标进行了力学分析,提出了不同冻区、不同干湿类型、不同土质和不同冻深条件下抗冻垫层厚度设计方法及推荐值,最后给出东北地区高速公路沥青路面典型结构。