郑西高铁地面振动实测分析及隔振沟效果研究

高铁列车动载会引起环境振动问题。为研究高速列车运行在高架段和路堤段引起的环境振动差异,文章对郑西线高速铁路展开现场测试,对比分析高架段和路堤段地面振动特征及其衰减规律。测试结果表明,路基段的振动响应大于高架段,高架段近场区衰减作用高于路堤段近场区域。振动传播过程中存在多次反弹增大现象,路堤段地面振动反弹增大位置滞后于高架段。高架段和路堤段的二次反弹增大率均明显大于一次反弹增大率。Z振级随距离的衰减符合对数衰减规律,拟合得到黄土地区Z振级衰减公式,最大偏差均出现在反弹增大区。引入无限元-黏弹性耦合边界条件,建立路堤段三维轨道-土体-隔振沟数值模型分析高速铁路隔振沟对减隔振的影响。研究发现空沟对中高频（30~60 Hz）振动波的隔振效果较低频（1~20 Hz）振动波明显,其具有低通滤波作用。空沟比填充沟隔振效果好,但是考虑到沟壁的稳定性,可在空沟中填入软质材料。研究成果可为高速铁路的设计及其环境振动的评价和控制提供参考。     

土工袋减振隔振机制分析及试验研究

设置于地基中的土工袋不仅可以提高地基承载力,而且具有减振隔振效果。通过水平循环剪切试验研究了土工袋的动力特性,验证了土工袋具有可变的水平刚度和较大的阻尼比,表明土工袋是一种良好的基础减振隔振材料。土工袋的等效阻尼比随着竖向压力的增大而减小,随着最大剪应变的增大而增大。同时,采用离散单元法进行了土工袋在动力荷载作用下的数值模拟计算,土颗粒间采用弹簧-阻尼器接触模型;而土工袋被看成具有张力的小颗粒薄层,这些小颗粒间的接触与袋内土颗粒间的接触模型相同,但仅设置法向的接触而无切向接触,且只受拉不受压。结果表明,土工袋的减振消能效果主要来自于袋内材料的摩擦耗能、黏滞耗能以及袋子张力引起的耗能。另外,还进行了土工袋沟槽的原位振动测试,验证了土工袋的减振隔振效果。     

矩形运动荷载作用下软土地基的三维振动研究

通过引入势函数,并利用Helmholtz原理和Fourier变换技术,研究了运动荷载作用下有限层厚软土地基的振动,考虑了矩形分布荷载作用下振动的三维特性,使得分析更符合工程实际,给出了运动荷载作用下饱和黏弹性地基三维振动的应力、位移和孔隙水压力响应的积分形式解答。利用Fourier数值逆变换进行算例分析,讨论了荷载速度对位移及孔隙水压力分布的影响。结果表明,位移幅值随荷载速度的增加而增大,荷载不同位置处孔隙水压力的分布有很大差异。     

水位变化对多空沟屏障远场隔振效果的影响研究

受季节性降雨的影响,雨季和旱季存在明显的水位波动。为分析地下水位升降对多空沟隔振效果的影响,建立了上覆单相弹性层饱和地基中空沟有限元分析模型。模型中考虑了沟中水的作用,算例分析了等沟深和不等沟深多沟屏障、沟壁倾斜多沟屏障和连续起伏地形屏障在不同水位下的远场隔振效果。计算结果与相应单相弹性地基进行对比,结果表明：土体渗透性低时,多数水位下不利于多沟屏障隔振;沟深为0.3LR（LR为R波波长）的三沟屏障通常可获得较理想的隔振效果（75%隔振率）,但屏障在隔振效果最差的共振水位(0.6LR)下,空沟须贯穿上覆干土层才可获得75%隔振率;递减沟深屏障可有效降低上覆土层共振的不利影响;沟深较浅时,沟壁倾角越大,多沟的隔振效果越好,但对较深多沟的影响小;连续起伏的地形景观可作为一种有效的绿色隔振屏障。     

列车运行对周围地面振动影响的试验研究

针对日益严重的轨道交通引起的环境振动问题,通过对京―广铁路线附近某小区内地面的竖向、横向振动速度和加速度的现场测试,研究了运行列车引起的地面振动及其传播规律。由试验分析可知,列车引起的地面振动速度、加速度振级均随着列车速度的提高和轴重的增加而增大。速度每小时提高10 km时,速度振级和加速度振级均增大约3 dB;车速相同的货车比客车引起的速度振级竖向大10 dB左右,横向大5～15 dB左右;加速度振级竖向大 12 dB,横向大8 dB。钢轨接缝附近地面的振动比无接缝附近的地面振动大,速度振级大2～6 dB。振动随着距振源距离的增大而逐渐减小,竖向振级的衰减过程表现出一定的波动性;横向振级的衰减随距离增大单调减小。     

砂土地基冲击碾压加固效果影响因素的试验研究

冲击碾压技术已在国内外公路工程、机场工程以及港口工程等不同行业得到广泛应用,但有关冲击碾压加固效果的影响因素及影响规律尚不明确。文章利用自行研制的冲击碾压模拟试验设备,通过室内模型试验手段,分析冲击轮重量、冲击轮形状、牵引速度、土体的初始密实状态及冲击碾压遍数等因素对砂土地基冲击碾压加固效果的影响。试验结果表明:冲击轮重量对砂土地基冲击碾压加固效果的影响起主要作用,冲击轮单轮质量大于10 t时冲击碾压加固砂土地基的影响深度明显增加,2.4~3.6 m深度范围的加固效果最明显;初始状态为松散至中密的砂土对应的冲击碾压加固效果较好;三边形冲击轮的冲击碾压加固效果明显优于四边形和五边形冲击轮;牵引速度在12 km/h范围内时,砂土地基的冲击碾压加固效果随牵引速度的增加而增长,但牵引速度为9 km/h时,浅表层1.4 m深度范围的加固效果较好;同时在12遍冲碾过程中,浅层2.4 m深度范围的加固效果随着冲碾遍数的增加而有较明显增长。研究成果可为冲击碾压法加固浅层砂土地基的设计与施工提供参考。     

空沟对冲击荷载隔离的现场试验与数值模拟

在场地开挖了一条空沟,以落锤式弯沉仪（falling weight deflectometer,简写为FWD）的荷载模拟冲击荷载,通过FWD自带的传感器测得空沟后一定范围内的竖向位移。通过室内试验,获取试验场地的岩土参数,采用非线性动力有限元软件ABAQUS建立二维模型（将远处单元定义为无限单元来模拟吸收边界,从而避免振动波的来回反射）。以空沟中心线的现场测试数据为依据,校核有限元模型。通过分析不同工况模拟的竖向位移,研究得出空沟-荷载间距、沟深、沟宽等对隔振效果的影响。结果表明,(1) 空沟-荷载间距越小,隔振效果越好,但实际隔振工程中,为避免振动对空沟侧壁的稳定性的影响,空沟与振源不宜太近,因此可以不计空沟-荷载间距对隔振效果的影响;(2) 就提高隔振效果而言,增大沟深比增大沟宽更有效,而相同的隔振效果,窄-深沟的挖方量远小于宽-浅沟;(3) 在对冲击荷载进行隔振设计时,对于一般的民用和工业建筑,综合隔振效果、开挖和支护费用等因素,采用宽度为0.5～1.0 m,深度为2.0～2.5 m的空沟较为合理,与某工程实例进行比对,验证结论的合理性。     

空沟对列车运行引起的地基振动隔振效果研究

为研究空沟对高速列车引起地基振动的隔振效果,在已有研究基础上改进出一种新的解析研究模型。模型中首次运用了饱和半空间模型来研究地基上隔振沟对高速列车的隔振效果;隔振沟则通过在饱和半空间土体上设置3个合适宽度、截面为矩形的弹性层来模拟;中间矩形弹性层为路堤,路堤上方放置了枕木与轨道。枕木与轨道分别通过纵向异性Kirchhoff薄板与Euler梁来模拟,饱和土地基采用Biot多孔饱和介质理论来描述。控制方程通过傅立叶变换与傅立叶级数展开,在变换域中进行求解。研究表明,随着列车运行速度的提高,空沟的隔振效果明显提高;饱和土体固-液相的耦合作用对隔振沟的隔振效果的影响明显,尤其当列车运行速度超过土体表面Rayleigh波速时,随着土体渗透系数的增加,空沟隔振效果显著降低。此外,列车运行速度超过土体表面波速时,饱和土地基上空沟的隔振效果明显优于相应单相弹性地基上空沟的隔振效果。     

苏通大桥地基中深厚软土电阻率试验研究

通过室内电阻率试验和土工试验,对长江下游苏州-南通长江公路大桥地基中深厚软土电阻率特征及其与物理力学参数的相关关系问题进行了研究。发现,（1）在同一钻孔（即CZK30）中,从粉质黏土→粉砂→细砂→中粗砂,土样的电阻率逐渐增大。电阻率随含水率、孔隙比、饱和度的增加而减小,而随垂直渗透系数、水平渗透系数、压缩模量、标贯等的增加而增大。（2）CZK30孔中粉质黏土电阻率随含水率、孔隙比、饱和度、压缩系数、液限系数增加而减小,而随压缩模量、黏聚力等的增加而增大。（3）通过拟合,提供了软土电阻率与物理力学参数相关关系的量化表达式,拟合曲线与试验数据点的相关程度较高,相关系数绝大部分在0.88以上。结果表明,土电阻率与其它物理力学参数间存在密切的联系。     

Ⅳ级自重湿陷性黄土区客运专线铁路路堤处理地基的现场试验研究

试验段为自重湿陷性Ⅳ级黄土场地,分3种不同地基处理措施试验分区,分区之间设地基不处理过渡段。柱锤冲扩桩段对22 m深湿陷性黄土层全部处理,水泥挤密桩段仅处理上部15 m深湿陷性黄土层,强夯段处理上部6 m深湿陷性黄土层。结果表明,处理深度范围内黄土的湿陷性已消除,地基承载力均大于标准值。柱锤冲扩桩与水泥土挤密桩复合地基沉降量小于15 mm,满足高速铁路对工后沉降量的要求,而强夯地基的沉降量不满足要求。柱锤冲扩桩区段,桩间土的最小和平均挤密系数不低于0.88和0.93的标准,但是桩身平均压实系数和压缩模量却分别低于0.97和100 MPa的标准。水泥挤密桩区段,桩间土的最小和平均挤密系数、桩身平均压实系数和压缩模量也低于同样的标准值。强夯地基的压缩模量小于15 MPa的标准。检测标准的合理取值有待深入研究。     

合徐高速公路膨胀土路基填料的试验研究

膨胀土路基掺石灰率应通过物理与力学性质、胀缩性、水稳性等试验来确定，本文对合徐高速公路(合肥段)膨胀土路基填料不掺石灰和掺石灰处理后的胀缩性及物理、力争性质进行了试验研究，得出了掺石灰对改善膨胀土路基填料工程性质的影响，并对不掺石灰和掺石灰处理后的填料进行了膨胀及收缩变形量的估算，论述了膨胀土特性及处理方法，供同行参考。     

降水预压软基处理技术中孔隙水压力效应研究

降水预压是通过降低地下水位而加固软土地基的一种软基处理技术。这项处理技术的中孔压变化与堆载预压的孔压变化有所不同, 它是在通过降水减小静水压力增大有效正应力, 从而使土体固结沉降。通过上海浦东某工程降水预压试验的孔压测试, 本文分析了降水预压加固软土地基原理及孔隙水压力效应。     

泥浆含砂率对桩基质量的影响

本文通过对泥浆中颗粒的沉降特性分析，从量上得出泥浆性能对泥浆中颗粒的悬浮携渣能力。泥浆是一流变性的流体，对泥浆性能的把握，应综合考虑，而不偏向于某个指标。提出了在实践中对泥浆的正确使用和泥浆性能取用的建议。     

武汉地区地震效应影响研究

虽然武汉市地震影响及地震危险性的水平较低 ,强震也不是武汉市工程地质环境的主要问题 ,但在城市生命线工程和高层超高层建筑方面必须考虑单体抗震设防。而且 ,随着武汉市城市建设的不断发展 ,地震效应影响逐渐成为武汉市工程地质环境评价的一个重要因子。文章在分析了武汉地区地震动衰减规律 ,进行了地震危险性评价 ,深入研究了各土层动力参数性质的基础上 ,指出武汉地区地震地面破坏主要存在砂土液化和软土震陷两种型式及各自可能的空间分布.     

北川土和粉细砂在降雨作用下泥石流启动的实验研究

北川地区的山坡坡面和沟壑中覆盖着由2008年5月12日汶川地震而产生的大量松散土石堆积体,并在震后的几个月到几年的过程中,因持续降雨作用经历了几次严重的山体滑坡和泥石流灾害。本文基于北川地质、地形和降雨等实地考察资料,对北川土和粉细砂两种斜坡堆积土,进行了一系列降雨条件下的泥石流启动室内模型试验,分析了降雨历时、雨强、土坡坡角、土体密度等因素对泥石流启动的影响,揭示了北川土和粉细砂在降雨作用下泥石流启动的过程和机理。结果表明：（1）北川土的泥石流启动过程仅经历了完全入渗阶段,泥石流启动所需的临界雨强相对较大;（2）粉细砂的泥石流启动过程经历了完全入渗、薄层和深层地表径流3个阶段,当雨强超过一定量时,坡度越大,泥石流启动所需降雨历时越长;（3）粉细砂和北川土泥石流的启动均是重力和渗流共同作用的结果,而重力和渗流作用的大小取决于土的颗粒大小和级配。本研究成果为降雨作用下北川地区的泥石流灾害预警提供了重要的参考依据。     

软土地区双侧深基坑施工对邻近地铁车站及盾构隧道变形影响的分析

以某软土地区邻近地铁车站及盾构隧道的双侧深基坑工程为背景,运用ABAQUS数值计算软件对邻近地铁车站及盾构隧道的双侧深基坑施工进行数值模拟,研究了双侧深基坑施工过程对基坑坑内土体隆起与坑外土体沉降的影响,分析了双侧深基坑施工过程中地铁车站及盾构隧道变形情况,得出地铁车站及盾构隧道变形规律。计算结果表明:基坑内侧土体隆起最大值为54.3 mm;围护结构X向位移最大值为32.8 mm,Y向位移最大值为26.8 mm;车站竖向位移最大值发生在A1区开挖至坑底工况,最大值为6.8 mm,而车站水平位移最大值为7.6 mm;弯矩累计增量最大值155.9 kN·m/m,经计算,施工过程对车站主体结构影响很小;盾构隧道X向水平位移最大值为4.7 mm;而盾构隧道沉降最大值为3.8 mm,发生在A1区开挖至坑底工况。      

基坑工程中土拱效应分析

针对基坑工程领域土拱理论,分析了几个值得探讨的问题,如土拱的存在形式和地下水对拱的破坏效应等,提出了初步见解,以期对土拱理论的发展和完善起到积极作用。     

渗漏情况下非饱和膨胀土地基变形的探讨

非饱和土是三相复合介质，与饱和土相比，相的增加导致了其物理性质、应力应变关系、变形特性等方面较饱和土复杂得多。渗漏情况下非饱和膨胀土地基的增湿膨胀量，受土层很多因素影响，本文讨论了初始干密度已知的条件下，不同的渗水时间含水量变化、上覆压力的耦合变化，由此探索了满足较高工程精确度要求的变形量的计算方法，并对该计算模式进行了验证。     

砂土渗流微生物诱导封堵试验研究

针对传统的堵漏防渗方法施工深度小、地层适应性差,对环境有害等问题,采用了巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉积的微生物封堵防渗的方法。研究活化巴氏芽孢杆菌诱导产生碳酸钙可以对砂土的渗透系数造成明显改变,通过CT扫描可以明显得到注菌前后的孔隙率变化从而验证分析微生物封堵渗漏的效果。试验表明,砂土中微生物诱导封堵技术能够将渗漏源探查和封堵合二为一,具有很强的实用价值。     

黏粒含量对磁县段膨胀土抗剪强度影响的试验研究

利用电动应变控制式直剪仪及直剪/残余剪切试验仪对南水北调磁县段不同黏粒含量的原状膨胀土进行快剪、饱和快剪、饱和固结快剪和反复直剪试验,研究黏粒含量对其抗剪强度的影响。研究表明:饱和后试样的抗剪强度明显降低,固结后强度提高,且饱和作用对黏粒含量较大的中膨胀土强度的削弱作用更为显著,固结作用对黏粒含量较小的弱膨胀土强度的治愈作用更显著; 随黏粒含量的增大,黏聚力逐渐减小,内摩擦角则先减后增,其临界值在32%左右; 峰值强度后的抗剪强度降低幅度随黏粒含量的增加而增大; 土体的峰值强度f随黏粒含量则先减后增,变化趋势比较平缓; 残余强度r随黏粒含量增加逐渐减小,成指数关系; 残余强度内摩擦角r与黏粒含量成对数关系,黏聚力cr则比较离散。