高填土路堤沉降计算方法分析

随着近年来铁路、公路工程的迅速发展,髙填土路堤正日益广泛地应用于工程实际中。髙填土路堤能够保证道路的平稳性和通畅性,改善道路线形。但是由于堤身较高,由填土自重引起的堤身沉降较大,目前此方面的研究相对较少。但通过工程实际发现,路堤的沉降量往往会影响道路的平整性。为了计算路堤在自重作用下的沉降量,提出了一种改进的分层总和法,即结合室内土工试验成果,获取土样在不同应力状态下的割线模量,并考虑路堤填土的分层填筑特性、填筑完成后土体应力状态,从而使得分层总和法能够更好地应用于路堤沉降计算领域。以某一高填土路堤工程为背景,结合室内土工试验成果,通过改进分层总和法对路堤沉降进行了计算,该方法能更好地满足土体的实际受力状态和变形特征,计算结果更加符合实际情况;另外,为验证该方法的可靠性和实用性,采用植入到FLAC3D中的邓肯-张非线性本构模型,对其进行了分析;通过对比分析可知,推导的理论方法与数值分析方法所得沉降计算结果基本一致,表明本方法可以作为评价路堤沉降的一种简便方法加以应用。     

大型三轴流变试验轴压及围压装置与应用

针对道路工程领域中高填路堤土体填料应力特点,提供一种新型粗粒土三轴流变试验的轴向压力和围压力装置,克服了现有粗粒土三轴流变试验中加载持久性及稳定性问题.采用该装置研制了适合粗粒土路堤填料的大型三轴流变试验仪(命名为GSRT),用于粗粒土路堤填料流变试验,为开展道路工程领域的粗粒土路堤填料三轴流变试验研究提供了工具.     

填石路堤强夯加固施工参数及路基动应力响应规律研究

贵州西部山区的高速公路常采用高填石路堤,强夯法是控制高填石路堤填筑质量的有效方法之一。为确定填石路堤的强夯加固施工技术参数、探讨强夯冲击能量作用下填石路堤内部动应力响应规律,通过现场试验和FLAC3D数值模拟进行研究。采用动土压力盒、位移观测元件,测试强夯冲击能量作用下的动应力以及夯坑沉降量、夯锤周边地表变形等数据,并将现场测试结果与数值模拟结果进行对比分析。研究结果表明:在夯击能量3 000 kN·m下,强夯加固单点夯击次数为12击、夯点间距为4.5 m;强夯作用下填石路堤内部动应力峰值随深度呈指数形式衰减,并且根据动应力峰值的随深度衰减曲线,获得了夯击能量3 000 kN·m下填石路堤强夯有效加固深度为5.0 m。研究结果可为类似工程确定强夯加固施工参数及有效加固深度提供指导。     

防波堤抛石挤淤沉降数值计算方法研究

引用非定常西原黏弹塑性流变模型表达淤泥质软黏土的本构关系;结合模拟退火全局优化算法理念,基于MATLAB和ABAQUS交互软件平台,开发模拟退火法与有限元耦合反演程序,以获得模型计算参数;最后进行抛石挤淤后防波堤基础下卧淤泥质软黏土的变形数值计算分析。结果表明,非定常西原黏弹塑性流变模型适宜于表达淤泥质软黏土的本构关系;模拟退火全局优化算法与有限元耦合反演模型计算参数的效果好,适用于沉降数值计算分析。本文为抛石挤淤后防波堤基础沉降预测和控制提供了数值计算方法参考。     

高速铁路砂质板岩粗粒土填料蠕变特性试验研究

通过利用大型单轴固结仪对砂质板岩粗粒土填料进行低应力状态(σ=50,100,200,400和800 kPa)的单轴压缩蠕变试验,研究砂质板岩粗粒土路堤填料的蠕变性质。基于粗粒土蠕变理论,分析填料的蠕变曲线特征,确定蠕变的初始计算时间,选取常见的蠕变本构模型,利用改进的高斯-牛顿法确定压实度为95%的砂质板岩粗粒土的蠕变模型参数。研究结果表明:砂质板岩粗粒土在低应力状态下表现出具有弹性变形、稳定蠕变和无黏性流动的衰减蠕变特性;H-K-K模型更准确地反映砂质板岩粗粒土填料的蠕变特性。     

铁路填石路堤大粒径填料填筑过程沉降分析

对试验段现场填石路堤大粒径硬质填料填筑过程进行研究,分析填筑过程中路堤的受力变形及大粒径硬质岩填料对路堤沉降的影响。结合现场埋设元器件测得的实测值与有限元数值模拟结果的对比分析,提出控制铁路填石路堤沉降应采取的措施。     

高速铁路粗粒土路基沉降特征及预测研究

为研究高速铁路粗粒土路基沉降特性,采用单点沉降计对无砟轨道路基实尺模型的沉降进行长期观测,结果表明,粗粒土填方路基的沉降主要由填筑引起的瞬时压缩、粗粒土引起的流变以及外荷载引起的变形等组成,其中路基填筑产生的变形占50%左右,粗粒土流变产生的变形占40%左右;路基填筑完后,由粗粒土流变产生的变形占填筑后总沉降的比例可达80%,路基的最终沉降主要由粗粒土流变变形组成。根据粗粒土路基的沉降特性,采用开尔文流变模型构建了相应沉降预测函数。研究表明:基于开尔文模型的沉降预测结果与实测数据吻合较好,为高速铁路粗粒土路基的沉降预测问题提供参考。     

高填石路堤施工中的压实质量控制

通过试验路段的试铺与压实,确定了填石路堤碾压遍数、碾压速度等参数,以及沉降差控制标准.施工中采用分层填筑的施工方法,避免不同性质的材料混填,严格按照试铺时碾压速度、碾压遍数等工艺施工,并采用沉降差检测指标进行检测等,是保证填石路堤压实质量的关键.     

多土类土石混填路基压实度快速预测研究

探讨多土类土石混填路基压实度的现场快速预测方法.通过现场试验,在预先设定压路机吨位、振动频率和碾压速度下,通过采集不同工况下沉降测试块的沉降差,建立了压路机碾压轮迹沉降差与压实度之间的回归经验公式.结果表明,运用经验公式可根据现场测量沉降差对多土类土石混填路基的压实度进行较为准确的预测.     

考虑颗粒破碎的高铁路基粗粒土填料循环压密本构模型

基于临界状态土力学基本原理,针对高铁路基粗粒土填料长期承受列车振动荷载特点,推导颗粒破碎与塑性功双曲线型经验关系式;考虑循环振次和应力比的影响,提出循环荷载作用高铁路基粗粒土填料颗粒破碎修正函数;依据经典塑性力学理论,修正得到能够考虑颗粒破碎的高铁路基粗粒土填料剪胀方程,进而建立循环荷载作用下半经验半理论的高铁路基粗粒土填料循环压密本构模型。采用向后欧拉法对本构方程进行离散,建立"弹性预测—塑性修正"数值算法,并进行程序二次开发,实现对循环压密模型的求解。通过与室内高铁路基粗粒土填料循环荷载三轴试验结果的对比,验证所建循环压密模型的准确性和适用性。该模型能够准确预测高速列车长期反复荷载作用下路基粗粒土填料的累积变形特性,且能够考虑颗粒破碎和应力比的影响,可用于计算分析高铁路基结构的应力和变形演化规律。     

地铁车站考虑变形缝因素的数值模拟研究

采用FLAC3D三维有限差分程序,对地下结构变形缝模拟方法进行研究与比较。数值模拟采用地层-结构模型,土体采用摩尔-库仑模型;应用link单元模拟变形缝,对link单元的本构关系及参数选用给出明确定义。结果表明,考虑变形缝后,结构变形会更加灵活、充分,变形值较未考虑变形缝的略大。     

流变效应作用下高地应力铁路软岩隧道衬砌结构长期稳定性研究

高地应力软岩具有变形量大、变形速率快、持续时间长、流变性强等特点,围岩流变性对衬砌结构长期稳定性影响大。以木寨岭铁路隧道为例,结合室内蠕变试验结果,采用Burgers流变模型,分析不同流变周期内支护结构受力随时间变化的规律。结果表明:(1)本文采用的Burgers模型能较好地反映围岩流变特性;(2)目前木寨岭隧道的支护结构形式,已施作的衬砌结构在以后数年发生压溃开裂的风险较大;(3)提高支护结构的长期稳定性及安全性,应从改变围岩流变性的角度出发,降低围岩的流变特性,增强围岩强度。     

桩台网复合地基加固区沉降研究

目前,桩台网复合地基沉降计算所需桩土荷载比主要靠经验或试验确定。通过假定桩台间网下凹变形为抛物状、大小等于桩间土下沉量减去桩的下沉量,引入Jones经验公式,推导出桩顶、桩间土荷载和桩土荷载比计算公式,采用试算法确定地基沉降。试验对比表明,计算公式具有一定的可靠性。     

岩-土复合地层暗挖隧道施工引起地表沉降计算方法

考虑岩层与土层2种介质力学性质的差异性,基于随机介质理论,建立双层介质计算模型,推导岩-土复合地层暗挖隧道施工引起地表沉降分步计算公式;明确椭圆形隧道断面不均匀收敛区域积分的上下限;计算岩-土分界面的沉降曲线,将曲线与岩-土分界面所围成的区域视为"不等厚开挖",确定该区域积分的上下限,并给出岩、土层中主要影响角及断面收缩半径的计算方法。以贵阳地铁2号线诚-观区间暗挖隧道为工程背景,对比分析分层计算值、不分层计算值与现场实测值之间的吻合度。结果表明:将隧道上覆地层划分为岩层和土层2部分的计算值与实测值较为吻合,其最大沉降值相对误差在10%以内;地表沉降曲线沿隧道中心线对称分布,且中心线处沉降值最大。     

基于离散元数值模拟的桩承式加筋路堤土拱效应研究

桩承式加筋路堤能有效控制地基沉降和侧向变形,可快速填筑施工,大大缩短施工工期。土拱效应是桩承式路堤的主要工作机制,目前有多种模型。然而,对于不同路堤高度条件下桩承式加筋路堤土拱效应演化重视程度还不够。本文通过桩承式加筋路堤离散元数值模拟,验证了路堤变形为同心椭圆模式,高路堤条件下路堤存在等沉面且等沉面高度随路堤填筑高度增加而减小;揭示了填料高度增加下的桩承式路堤土拱效应变化规律以及桩承式加筋路堤土拱高度随路堤高度增加而降低的现象。     

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%。     

交通荷载作用下土体黏弹塑性疲劳本构模型

路基工后沉降是路基填土在车辆动荷载及其自重作用下发生蠕变引起的,因此研究土体在交通荷载作用下的蠕变特性对预测路基工后沉降有较大意义。为利用流变力学理论成果,将车辆动荷载和路基土自重荷载简化的组合荷载做等效处理。基于分数阶微积分构建分数阶黏壶,将分数阶黏壶替换西原模型黏塑性体中常值黏性元件,即得到一种土体黏弹塑性疲劳本构模型。当组合荷载上限应力大于土体临界动应力时,模型为分数阶西原模型,可反映土体破坏型疲劳变形规律;反之,则为反映土体稳定型疲劳变形规律的广义Kelvin模型。结果表明:该模型能较好地描述交通荷载作用下土体疲劳变形特性,对试验数据拟合的相关系数在0.91以上。     

红层软岩地区高速铁路深路堑基底变形规律研究

挖方高边坡基底随时间持续上拱变形如果超出铁路路基设计规范的限值,会严重影响列车的舒适性和安全性。为研究西南地区泥岩夹砂岩挖方高边坡基底持续上拱变形机理,使用FLAC3D软件对挖方高边坡进行弹塑性和黏弹塑性数值计算,并尝试从软岩流变的角度分析挖方高边坡施工完后基底持续上拱变形的规律。研究结果表明:在不考虑流变的弹塑性分析中,挖方高边坡具有明显的边坡开挖效应(卸荷效应),竖向应力随着边坡开挖深度的增加而减小,导致竖向变形逐渐增大,应力变化越大竖向变形也越大;在流变分析中,由于开始阶段的岩体应力调整,基底下一定深度出现竖向压缩变形,随着应力稳定,发生持续上拱非线性变形,并在5年后达到稳定;在流变计算中,由于基底下剪应力与水平应力均有所大幅度增加,基底下各深度的竖向变形小于弹塑性计算的变形,采用泥岩流变计算模型能较好的模拟并解释依托工程案例中挖方路基持续上拱变形现象。