地铁荷载作用下叠交隧道长期沉降的半解析法

将软土中隧道结构的长期沉降分为三部分:一是隧道底部土体蠕变变形引起的沉降;二是交通荷载长期循环作用引起土体累积变形产生的沉降;三是交通荷载引起土体累积孔压的消散产生的再固结变形导致的沉降。采用Mesri蠕变模型,可考虑土应力历史循环累积变形和累积孔压模型,并通过三维有限元数值模拟,获得相应模型中的应力计算参数,同时利用软土三轴试验研究结果获得相应模型的试验常数,运用分层总和法计算隧道沉降,提出一套叠交隧道长期沉降的预测方法,并对上海西藏南路隧道与地铁8号线叠交段长期沉降进行计算预测,计算结果接近于地铁实测长期沉降规律。     

上海地区软土的循环累积孔压模型

基于上海地区饱和软土动三轴试验成果;通过对累积孔压和累积变形影响因素及发展规律相似性进行分析,将Parr提出的循环累积变形方程进行转换,引入动强度参数并提出等效循环动应力水平概念,建立能综合考虑列车荷载循环次数、静偏应力和和动偏应力耦合作用、固结方式等影响因素的上海地区软黏士累积孔压模型.结合试验结果对模型进行验证,确定不同试验条件下模型中试验常数.结果表明:模型能够较好地反映多种因素对软土循环累积孔压影响.模型仅适用于正常固结软黏土且循环应力比大于循环应力比阈值而小于临界循环应力比的情况.为提高模型计算和预测精度,用室内试验确定模型中试验常数值时,应采用跟现场实际相符的加载和固结条件.     

杭州地铁1号线越江隧道累积沉降研究

列车荷载作用下软土地区盾构隧道的长期沉降问题不容忽视。针对杭州地铁1号线越江隧道工程,基于经验拟合的理论计算公式,并结合动三轴试验、有限元分析等手段,计算分析隧道下卧土层的不排水循环累积塑性变形和累积孔压消散引起的固结变形;采用分层总和法对隧道的车载累积沉降进行计算,分析得到隧道的长期沉降规律,以期为隧道的长期沉降控制提供指导。     

不同加载频率及循环应力水平对人工冻融软土动力特性影响试验研究

近年来冻结法作为一种提高土体强度的手段被广泛应用于地铁隧道施工中,然而在列车循环荷载作用下冻土融化后会产生较大变形,影响地铁列车的运营安全。基于室内动三轴试验,研究列车加载频率、应力幅值和固结压力对冻融土体动孔压及应变的影响,得到地铁列车循环荷载下冻融软土的动力特性规律。试验研究表明:冻融后土体强度显著降低,且由于列车循环荷载作用会发生更大程度的下降。在地铁不同频率荷载下,其加载频率越低,动孔隙压力值越高,冻融后软土应变增幅明显。在相近循环应力比下,固结压力比应力幅值对冻融土动力特性影响更大。同时,基于试验数据,建立地铁列车循环荷载作用下的冻融土孔压累积模型,模型预测值与试验值较为吻合。     

洞庭湖区饱和原状粉质黏土累积塑性应变规律

对洞庭湖区的饱和原状粉质黏土进行室内动三轴试验,分析软土地基土体在动荷载作用下的变形特性,探究动应力幅值、围压、固结比和加载频率对饱和粉质黏土累积塑性应变的影响。累积塑性应变发展形态随加载条件的不同可以分为稳定型、临界型、破坏型3类。用拟合函数对室内动三轴试验结果进行拟合分析,得出Monismith指数函数适合破坏型曲线,而对数函数不适宜于稳定性曲线的结论。针对稳定型曲线收敛的特点,提出一个新的稳定型曲线累积塑性应变数学模型,能更好地模拟曲线的变化规律,为计算软土地基在长期循环动荷载作用下产生的累积塑性变形提供了一定的参考。     

列车荷载作用下深厚饱和软土盾构隧道沉降分析

软土地层盾构隧道运营期沉降一直是工程界关注的重点问题。结合工程实例,采用不排水循环累积变形理论、循环三轴试验参数和简化动力有限元及分层总和法,分析深厚软土地层盾构隧道在运营期列车荷载作用下沉降响应。分析成果表明,隧道埋深越浅、隧底软土地层越厚,则运营期沉降越大;就沉降速率来看,隧道在运营期最大沉降速率将在隧道运营后的初期出现,且地层越差,沉降量越大,沉降速率越小,沉降稳定时间越长;采取一定沉降控制措施后,深厚软土地层盾构隧道在运营期列车循环荷载作用下的沉降是可控的。针对本项目的特点,结合分析成果,合理确定深厚软土地层盾构隧道沉降控制措施。     

运行荷载作用下车站和隧道的长期沉降研究

研究目的:针对软土地区存在的工后沉降问题,对软土地基在运行荷载作用下的长期沉降进行预测是十分必要和迫切的,是亟待解决的一个技术难题。本文采用刚度衰减法,通过试验数据建立起土体刚度和地铁循环荷载次数之间的联系,然后通过此模型来预测长期沉降,并根据计算结果对变形规律进行总结。研究结论:(1)利用刚度衰减法来计算运行荷载作用下车站和隧道的长期沉降,具有拟合参数少、易确定、计算简单、模拟程度高等优点;(2)地铁通车后的一段时间,沉降增长的较快,绝大部分的沉降集中在开通运营的前三年,之后增长速率不断衰减,沉降基本趋于稳定;(3)相比车站,隧道的沉降较大;(4)车站和区间连接处由于二者结构刚度差异明显,此处的差异沉降较大,建议提前进行注浆处理;(5)本研究成果可为地铁设计和病害处理提供理论依据。     

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。     

地铁列车荷载下原状土孔压及应变模型试验研究

基于GDS循环动三轴试验,首先对比了不同形式的动荷载作用效果,结果表明偏压正弦波模拟列车循环荷载效果较好。然后研究了初始固结度和加载频率对地铁荷载作用下软黏土动力特性的影响,结果表明:排水加载条件下原状土孔压发展趋势分为2个阶段,第1阶段孔压迅速上升,达到峰值后进入第2阶段,表现为孔压下降且降速渐缓并趋于稳定;初始固结度越大,土样的累积峰值孔压越小,孔压消散时间越短;原状土应变发展呈现稳定型,固结度越低,轴向应变越大,应变稳定所需时间越长;且低频引起的累积应变较大,工程中应予以重视。提出的孔压及应变模型可较好地模拟列车荷载作用下不同固结度的原状软黏土的动力特性规律。     

重载铁路粗粒土填料累积变形预测模型与应用

为研究重载铁路粗粒土基床层在循环荷载作用下的累积变形发展规律,开展了不同围压、动应力幅值和含水率的大型动三轴试验。分析了各种条件下粗粒土试样的轴向累积应变-循环振次的关系与变化规律,提出了一个适合路基粗粒土累积应变计算的预测模型,明确了模型参数的物理意义及确定方法,并应用该模型分析计算了不同轴重和填料种类的粗粒土基床层累积变形,此外还探讨了预测模型的适用范围。研究成果可为重载铁路基床层沉降计算提供理论参考。     

砾类土在循环荷载作用下的变形影响因素试验研究

砾类土是新疆铁路和公路常用的路基填料,为了控制和减小砾类土路基的沉降,首先需要明确各因素对该类路基在循环荷载作用下的变形影响规律。通过动三轴试验研究围压、初始静偏应力、循环荷载作用频率、循环荷载大小和固结比对砾类土累计塑性变形的影响规律,得出其累计塑性应变随着初始静偏应力、循环荷载大小的增加而增大,随着围压、荷载作用频率和固结比增加而减小。同时计算各影响因素对累计塑形应变的极差,得出影响因素对累计塑形应变影响的大小。在路基施工时,可以通过提高路基的围压,同时使路基充分固结来减小路基的营运沉降。提出一种针对砾类土应变较小时的塑性累计变形模型,并验证模型的正确性,可为新疆砾类土路基的设计和施工提供参考。     

循环动载作用下改良土路基累积塑性变形的数值模拟与试验研究

为了研究循环荷载作用下高速铁路花岗岩全风化物改良土路基的累积塑性变形特性,引入路基变形的弹塑性循环蠕变模型,进行了有限元分析并与现场试验实测值对比。研究结果表明:循环蠕变模型可以较好地模拟路基的累积塑性变形;在200万次的循环动载作用下,花岗岩全风化物改良土路基的累积塑性变形很小,所以,花岗岩全风化物经过改良以后可以用作高速铁路的路基填料,从而可以解决工程中常常遇到的弃方、借土、占地和生态、环保等方面的难题。     

循环荷载作用下饱和软黏土海床的刚度衰减模型研究

在地震和波浪等循环荷载作用下,海床内部产生循环应力、循环应变以及超孔隙水压力累积,可能造成饱和软黏土地基强度和刚度的降低,对桩基础的承载性能产生较大的影响。将反映土体软化特性的参数引入等效黏弹性模型中,建立考虑循环荷载作用下饱和软黏土刚度衰减以及动应力-应变非线性和滞回性的修正模型,基于动三轴试验结果反演获得饱和Kaolin软黏土的动力特性参数和软化特性参数。对有限差分程序FLAC^3D进行二次开发数值实现了该修正模型,并与动三轴试验结果进行对比验证;进一步采用修正模型研究了不同强度地震激励作用下的自由场海床响应,与离心机试验结果进行对比,验证了采用修正模型描述饱和软黏土海床地震响应的可行性。     

高速铁路路基基床结构分析及设计方法

基于实测资料,分析路基动荷载、动应力和动变形的特点。按照分担比,将列车荷载分配到轨枕上,再利用Boussinesq弹性理论公式和Odemark的模量与层厚当量假定进行设计计算。当计算选取的介质模量值考虑应变水平影响时,计算与实测结果有较好的一致性,从而建立一种路基基床的分析计算模式。结合临界体积效应应变的概念,以控制重复荷载作用下路基不发生累积变形和累积孔压等累积效应为目的,提出路基基床结构的应变控制设计方法。     

饱和软黏土地基竖井施工扰动效应分析与评价

由于挤土效应,饱和软黏土地基中竖井施工会产生附加扰动,并导致井周土体强度与渗透系数降低。基于修正剑桥模型的屈服准则,应用圆柱形孔扩张理论对不排水圆孔扩张过程中土体应力状态进行分析。根据超静孔压和径向应力的分布规律,在确定了扰动区范围的基础上,提出一种修正的基于饱和软黏土灵敏度考虑的原位扰动函数FD,并结合已有文献中室内模型试验与现场竖井施工扰动引起的固结指标变化规律的结果,验证了修正的原位扰动函数的合理性。施工扰动的合理评价有助于准确计算竖井地基的固结沉降。     

高铁列车动载作用下路基动力特性及累积变形规律研究

为探索列车动载作用下路基的动力特性及累积变形规律,依托沪宁城际铁路工程背景,首先结合现场测试数据对路基沉降超限的原因进行分析,然后建立列车-轨道-路基耦合振动系统三维数值模型,对影响路基动力特性的影响因素(列车速度、基床厚度和刚度、行车方式)进行分析,最后结合室内足尺模型试验,对振动40万次的基床累积变形规律进行分析。结果表明:列车动载作用是运营期路基沉降超限的主要原因之一;列车速度、基床厚度和刚度、行车方式等因素对基床的动应力和动位移均有影响;路基的累积变形随循环加载次数增加而变大,最初振动5万次累积变形增长迅速,而后近似按照线性缓慢发展,振动40万次时的累积变形值为0.78 mm,影响深度约为5 m。     

循环荷载下红层泥岩路基土的变形特性研究

针对红层泥岩土这种特殊的粒类材料,通过动三轴试验研究其在循环荷载下的变形特性。根据累积变形曲线的发展趋势,把红层泥岩土的累积变形分为稳定型和破坏型,并分析了产生不同变形曲线的原因。引入了动应力水平的概念,由试验数据得到红层泥岩土的临界动应力水平为30%左右。用Monismith模型来分析红层泥岩土的累积变形,发现系数A的离散性很大,而指数b的离散性较小。考虑土的类型、应力状态和物理性质等主要影响因素,将系数A扩展为3个参数,分别反映上述影响因素,3个参数具有明确的物理意义且容易确定,便于模型的实际应用。     

车载下冻土路基稳定性的有限元计算分析

根据车载下冻土路基受力特征,应用虚拟裂纹的概念,并考虑了冻土特有的冰体胶结力作用,提出了路基稳定性的二维模型。应用断裂力学理论,对车载下路基简化模型进行理论推导,建立了在车载及胶结力作用下的路基破坏过程的计算公式,可以计算路基破坏的特征参数,为路基稳定性设计提供参考和依据。在计算方法上采用了半解析有限元法,即计算车载引起的破坏用有限元法,计算胶结力引起的破坏用解析法,然后将二者结合起来计算整个破坏过程。给出了数值算例,计算了不同土质的破坏过程及特征值,与理论预测值相符,说明了方法的有效性。