交通荷载下煤矸石路基填料累积变形PSO-BP神经网络预测模型

基于煤矸石路基填料大型动三轴试验结果,采用灰色关联分析法分析累积变形影响因子,确定了围压、压实度、级配参数、循环荷载振动次数4个特征参数。引入PSO算法对BP神经网络的权重、阈值进行全局寻优并赋值,提出了一种煤矸石路基填料累积变形PSO-BP神经网络预测模型。与传统BP神经网络模型对比结果验证了该预测模型的可行性和优越性,并通过不同学习程度下模型的预测效果分析了模型的泛化能力,证明了模型的预测潜力。

列车荷载作用下压实花岗岩残积土累积变形特性试验研究

为研究列车荷载作用下应力及湿化条件对压实花岗岩残积土累积变形特性的影响,以围压、动应力幅值、含水率为变量,对压实花岗岩残积土进行循环空心扭剪和循环定向加载试验。结果表明:循环扭剪应力路径下主应力轴旋转效应增加了试样的累积变形量,甚至改变了累积变形的发展模式,该影响程度随试样含水率的增大而增大;试样的累积应变发展速率在加载初期(N<100)时完成大幅度衰减,围压增大可加快累积应变发展速率的衰减,动应力幅值的增加会延长累积应变发展速率的衰减时间,循环扭剪加载时试样的累积应变发展速率衰减程度小于循环定向加载试验,含水率越高该效应越显著。通过预测模型能够对两种动力加载应力路径下的稳定型和发展型累积应变发展曲线能够进行拟合,对压实花岗岩残积土的累积变形作出较好预测。

水平循环荷载作用下群桩基础累积变形三维数值模拟

为进一步研究群桩基础水平累积变形特性,以及桩体自身因素、荷载因素、桩周土体因素等影响下的变化规律,结合USDFLD子程序的实现过程与ABAQUS三维建模过程,采用有限元计算结果对群桩累积变形特性进行研究。通过改变桩距、桩数、荷载入射角度、加载频率、土体初始弹性模量、桩-土界面摩擦系数等参数,进一步对群桩水平累积变形特性,及其在桩体自身因素、荷载因素、桩周土体因素等影响下的变化规律进行研究。数值模拟中经常忽略桩周土体弱化对群桩基础累积变形特性的影响,因此对如何在数值模型中实现土体软化也进行了研究。最终得到群桩水平累积变形特性,以及在各种影响因素下的变化规律,如在桩体自身因素的影响下,群桩承台水平累积变形随桩距与桩数的增加不断减小,荷载-位移滞回圈随桩数的减少越饱满,土体非线性越明显等变化规律。

车辆循环动载下高速铁路路基累积变形预测研究

高速铁路路基在车辆荷载反复作用下不可避免地产生累积变形,影响铁路轨道-路基结构服役性能和车辆运行品质。为探明高铁路基在循环车辆动载下的累积变形空间分布特性和长期发展规律,建立车致路基累积变形预测模型,其主要由2个子模块组成:1)基于多体动力学和有限单元法建立的高速铁路车辆-轨道-路基耦合时变动力学模型;2)基于建立的车辆-轨道-路基动力相互作用模型,引入路基累积变形预测模型,利用循环跳跃的方式预测不同车辆荷载累积次数下路基的累积变形及其空间分布规律。2个模块的交互方面,在每次循环跳跃后,将路基累积变形空间映射至轨道,形成轨面附加几何不平顺,并同步更新迭代系统动力矩阵,建立了车致路基累积变形与系统动力响应之间的关联关系。研究结果表明:本文提出的计算模型可较好地揭示路基土体累积变形在循环车辆动载下的演化规律;采用循环跳跃的方法可更为真实准确地预测路基的累积变形,其计算的路基累积变形最大值为2.6069 mm,而未采用循环跳跃方法计算出的累积变形最大值则为1.7 mm,低估了34.8%。路基累积变形在前期发展较快,后期由于土体被不断夯实,累积变形的演化呈现减缓趋势,累积变形速率从1次加载0.035 mm减小到1次加载小于10^(-6)mm;在路基具有初始不均匀变形的区域内,路基累积变形的幅值大于路基没有初始不均匀变形的区域;路基的累积变形对系统的垂向动力响应的影响显著,动力响应表现为增大的趋势;对于系统的横向振动,累积变形的影响较小。本文提出的方法和研究结果可为高速铁路路基不均匀累积变形控制和预测提供技术支撑。

红砂岩粗粒土破碎性质及累积变形模型研究

红砂岩粗粒土具有易破碎性,在动力荷载反复作用下会发生颗粒破碎,导致路基产生明显的工后沉降。针对红砂岩粗粒土颗粒破碎的特点,采用室内动三轴试验仪进行了不同工况下的动力荷载试验,研究了动弹性模量、动弹性应变与粒径大小之间的关系,以及颗粒破碎率与颗粒形状系数变化率的关系。根据试验材料的动力破碎特性,构建了考虑颗粒破碎的累积变形模型,并对模型进行了修正。研究结果表明:颗粒粒径越大,动弹性应变越大,动弹性模量越小;动弹性应变先快速增大后逐渐趋于稳定,动弹性模量随着加载次数的增加不断减小,土体出现应变软化现象。颗粒形状系数变化率变化趋势与颗粒破碎率变化趋势相似,随着加载次数的增加,形状系数值趋近于1。此外,所构建的累积变形模型包含了应力状态参数、物理状态参数和拟合参数,能够较好地描述颗粒破碎状态下的红砂岩粗粒土的累积变形趋势。根据试验数据的反算结果,对累积变形模型的拟合参数进行了确定,便于在实际工程应用中对路基变形进行计算。由于室内试验与工程实践现场工况有一定区别,提出了模型修正系数ψ,提高了模型的预测精度。该研究结果可为红砂岩粗粒土路基设计、施工及运营提供理论依据和工程应用基础。

冻融循环下罗布泊盐渍土的累积变形特性研究

土体的累积变形特征对于地下结构设计与路基长期动力稳定性能保持具有关键作用。在盐渍土地区由于冻融循环作用影响,盐渍土中赋存的易溶盐溶液与结晶盐颗粒,随着温差变化与水分迁移产生的结晶-溶解、积盐-脱盐过程,可引起土体颗粒结构与物理性质变化,从而影响盐渍土动力学性质。为研究铁路动荷载作用下新疆罗布泊地区盐渍土的累积变形特性,在室内冻融循环试验的基础上开展不同应力水平的动三轴试验,提出盐渍土塑性行为判定准则,得到盐渍土累积塑性应变预测模型及模型参数。结果表明:盐渍土的累积塑性应变随冻融循环的次数增加和动应力幅值的增大而增大,在模拟铁路振动荷载条件下,研究区盐渍土的累积塑性应变行为主要为塑性安定型和塑性蠕变型,其累积塑性应变速率εp与循环振次N之间呈幂函数关系。在此基础上,建立了考虑冻融循环次数和动应力的盐渍土累积塑性应变预测模型。研究成果可为盐渍土路基在冻融循环和循环动荷载下的沉降预测和动力稳定性评估提供参考。

高速铁路路基基床累积变形的试验研究

路基基床在循环列车荷载作用下的累积变形是高铁施工质量控制的重要内容。目前,试验分析仍是最可靠的累积变形分析方法,但因试验类型的不同,导致累积变形试验数据存在一定差异。因此,结合激振测试、室内模型试验和动三轴试验探讨基床累积变形规律。从结果看:激振试验和模型试验所得累积变形较吻合,累积变形曲线均表现出3个阶段;以动三轴试验结果为基础搭建的累积变形经验公式分析结果接近于文献估算值,在稳定状态下两者的累积变形曲线均比现场测试和模型试验大;经3年运营后,各途径所得基床累积变形均可达到稳定状态,且最大值均保持在2.5mm以内。

湿化作用下重载铁路改良膨胀土动力响应与累积变形试验研究

以蒙华重载铁路改良膨胀土路基试验段为依托,针对水泥改良土路堤、石灰改良土路堑两种形式路基开展不同轴重、不同干湿状态下现场激振试验,分析动应力、动加速度分布特征及振动累积变形发展规律;通过室内动三轴开展素膨胀土、水泥改良土、石灰改良土分别在4个不同含水率和4种不同应力水平下动力湿化变形试验,研究湿化幅度、动应力幅值对膨胀土及改良土累积应变特性的影响规律。研究结果表明,动应力和动加速在基床底部衰减率可达80%,且路基刚度越大,动应力、加速度沿路基深度衰减越快;同一深度下动力响应浸水状态大于干燥状态,且轴重越大,影响更为显著,湿化作用显著削弱路基对动应力与动加速度的衰减能力,水泥改良土抗浸水能力相对石灰改良土更强;路基面累积变形在浸水后随轴重和振动次数增加而增加,且在相同振次情况下,素膨胀土及其改良土累积应变均在湿化幅度超过2%后急剧增加,且动应力越大,应变增长速率越快,改良土累积变形速度仅为素膨胀土的1/8~1/5,石灰与水泥改良后均可有效抑制膨胀土的湿化变形;基于动三轴试验数据,建立累积应变的预估模型,得出素膨胀土及改良土模型参数与湿化幅度之间的经验关系。

循环荷载作用下昆明泥炭质土累积变形试验研究

通过DDS-70型动三轴试验对昆明泥炭质土在不同动应力幅值、固结比、围压和加载频率条件下的累积变形进行研究。研究结果表明:泥炭质土累积变形总体发展规律与一般软黏土的变形总体发展规律相同,即当动应力幅值越大、围压和加载频率越小时,累积变形越大,发展越快。当固结比K_c≤1.50时,累积变形随固结比增大而增大。泥炭质土的累积变形发展模式主要由动应力幅值和固结比共同决定,是外部动荷载和地基土静偏应力水平的综合反映。相比于一般软黏土,泥炭质土的初期累积变形增长速度更快,且达到累积变形破坏时的临界动应力小得多,泥炭质土的累积变形破坏更具有易发性和突发性。对于下卧土层为泥炭质土的地铁工程,当K_c≤1.50,且动应力σ_d≥60 kPa时,泥炭质土累积变形为破坏发散型,为保证其长期服役性能,应避免使泥炭质土处于这种不利的受力状态。

循环荷载作用下宕渣颗粒破碎行为及累积变形预测

动载作用下宕渣低路堤沉降较大,而真实公路荷载下宕渣的累积变形模型匮乏,且宕渣易破碎,颗粒破碎行为与累积变形相关性有待厘清,故建立了可破碎宕渣动三轴离散元模型,基于颗粒破碎率进行细观动态表征,探讨颗粒破碎的时域演化规律.分析围压、荷载频率和循环动偏应力对颗粒破碎及累积变形的影响,研究颗粒破碎与累积变形的相关性,建立累积变形预测公式,并利用SBZ30型振动器开展现场激振试验进行对比,验证模型准确性.结果表明:动载作用下,宕渣颗粒破碎方式以破碎、研磨为主,加载初期破碎率大幅增加,随振次增加破碎率增速减缓;围压、荷载频率和动应力幅值与颗粒破碎率正相关,颗粒破碎对累积应变有双重影响,相同围压下线性相关;累积变形公式能合理预测宕渣填筑路基累积应变的发展趋势.研究结果可为宕渣路基运营期动力沉降计算提供理论参考.

干湿循环和动载作用下粉砂土累积变形研究

研究目的:粉砂土分布地区路基在干湿循环及行车荷载往复作用下累积变形特性更加复杂,影响路基在服役期间的耐久性。本文通过室内GDS动三轴试验测试围压、含水率、动应力幅值、压实度以及干湿循环次数对粉砂土在动载作用下的累积变形特性规律,并基于Monismith模型对试验结果进行回归,分析粉砂土在不同因素影响下累积塑性应变模型的参数值变化规律。研究结论:(1)粉砂土累积塑性应变与荷载振动次数呈现非线性关系,均表现出先快速增长后缓慢增长,最终趋于稳定;(2)累积塑性应变的大小与压实度、围压呈负相关性,而与动应力幅值、干湿循环次数呈正相关性,随着含水率的增长,累积塑性应变先减小后增大;(3)试样经过1次干湿循环后,其累积塑性应变增长幅度最为显著;(4)根据Monismith模型得到的预测值与试验值拟合度较高,模型参数a/c值大小在一定程度上可以反映不同因素影响下粉砂土累积塑性应变变化规律;(5)本研究结论可为粉砂土地区路基在动载和干湿循环作用下的动力特性研究提供参考和借鉴。

磷石膏稳定土临界动应力及累积变形特性研究

针对磷石膏的资源浪费和红黏土的特殊工程特性,以水泥(石灰)为固化剂,采用SDT-20动三轴试验研究了磷石膏稳定土的疲劳特性和改良机理,建立了累积变形模型和临界动应力模型,得到了混合料动强度指标。结果表明:随着动应力幅值与围压提高,累积变形特征显著增大,且素红黏土与磷石膏稳定土变形均经历稳定型、临界型与破坏型三阶段;临界动应力随围压的增大而线性增大,降低动应力水平和提高围压可提升路基抵抗失稳的能力;石灰磷石膏稳定土和水泥磷石膏稳定土动抗剪强度相比素红黏土有大幅提升,且水泥磷石膏稳定土的动抗剪强度增加值比石灰磷石膏稳定土更大;磷石膏稳定土强度提升是由水泥(石灰)和磷石膏共同作用引起的,水泥(石灰)反应生成水化硅酸钙(C—S—H凝胶),磷石膏反应生成钙矾石,两者相互交织形成空间网状结构。

海上风电单桩基础累积变形简化计算方法

在海上风电单桩基础设计中,为获得可用于工程实践的单桩累积转角简化计算方法,开展室内模型试验,分别获得台风循环载荷和长期小幅值循环载荷情形下计算单桩累积转角的经验公式。在此基础上进一步建立单桩累积转角简化计算方法,并以南海北部近海海域的工程实例为例,详细说明海上风机单桩基础累积转角的计算流程,根据该海域的风浪特征确定计算公式中与场地相关的参数取值,得到适用于该地区的单桩累积转角计算公式。

交通荷载与冻融作用下黄土累积变形研究

为揭示季节性冻土区路基黄土在循环交通荷载和冻融作用下的累积应变特性,进行循环加载试验,探讨冻融循环次数、含水率、动应力幅值、振动频率对冻融后黄土累积塑性应变的影响。结果表明,在试验条件范围内土体并未破坏,产生的累积变形较小且累积应变曲线皆表现为稳定型;循环荷载作用下产生的累积应变随冻融循环次数、含水率、动应力幅值的增加而增大,随振动频率的增加而减小。根据试验结果,提出了考虑冻融循环次数的累积应变指数双曲函数预测模型,并利用试验数据验证了模型的合理性。研究结果可为季节性冻土区路基黄土的沉降预测提供参考。

循环荷载作用下花岗岩残积土累积变形与湿化特性试验研究

基于花岗岩残积土的矿物成分特殊、压实机理复杂、水理作用显著的实际情况,对土样采用X线衍射试验分析土样中的矿物成分;采用土工试验分析土样物理力学性质;采用压缩实验和平板载荷试验对比,研究循环荷载作用下累积变形与湿化规律,以便现场压实控制。研究结果表明:样品的白云母伊利石质量分数为35%,高岭石约占27%;土样属于细粒土质砾,级配不良;填土的压缩曲线呈上凸型,回弹曲线呈下凹型;第i+1次压缩回弹曲线均位于第i次曲线下方,线形相似;随着等载压实遍数增加,沉降增量递减,累积沉降增大;超载压缩曲线回归到首次压缩曲线的延长线上,具有记忆效应;荷载越大,某次压缩总变形和永久变形也越大;循环荷载作用后的压实填土遇水产生湿化沉降;湿化土的压缩和回弹曲线均呈下凹型,超载越高,在相同压力作用下的变形越小;现场压实过程中,增加压路机能量比增加压实次数可取得较好的压实效果。

基于模型试验的高铁路基动力累积变形研究

高速列车运行中的轮轴往复动荷载引起铁路线下结构产生累积变形,导致轨道平顺性变差,影响列车运行的舒适性和安全性,列车交通荷载引起的路基累积变形是高速铁路线路设计和运营维护中必须考虑的一个重要问题。基于残余应变模型建立了列车轮轴循环动荷载作用下路基填料和下卧层地基土体的累积变形计算方法;通过物理模型试验验证了该模型和计算方法的合理性,并确定了相应的关键参数取值方法,实验结果表明该模型参数具有较好的一致性。最后,通过将计算模型应用到具体的高速铁路线路动力沉降分析中,揭示了路基基床底层和地基累积变形的发展规律,分析了列车轴重和循环次数等主要控制因素的影响作用。

饱和软粘土的不排水循环累积变形特性

在上海地区典型饱和软粘土不排水循环三轴试验的基础上,分析了影响软粘土塑性累积变形的主要因素:循环荷载的作用次数,初始静偏应力和循环加载动偏应力。基于临界状态土力学理论,引入了相对偏应力水平参数,考虑初始静应力、循环动应力和不排水极限强度的相互影响,研究了不同静、循环动应力组合应力历史影响下饱和软粘土的不排水循环累积变形特性。

循环荷载作用下基床填料累积变形演化状态特征及试验验证

为实现对高速铁路基床结构累积变形的有效控制,开展了循环荷载作用下土工填料累积变形演化状态特征分析,提出了土工填料累积变形状态随循环荷载水平的增加将呈现出快速稳定、缓慢稳定、缓慢破坏和快速破坏4种类型,建立了基于累积变形速率发展趋势、采用负幂函数表达的数学判别准则(幂次判别法)。通过构筑的单元结构填土模型,实现了小型刚性平板循环加载下模型填土累积变形4种状态的全过程模拟,并获得了相应的3个荷载阈值。针对高速铁路无砟和有砟轨道系统在适应基础结构沉降方面的巨大差异,明确了基床结构需分别满足快速稳定和长期稳定变形状态的控制原则及技术条件。所得成果为构建高速铁路基床结构变形状态控制设计技术提供了理论和试验依据。

红层泥岩路基填料动强度和累积变形特性试验研究

高速铁路路基填料的动强度和累积变形特性是保证高速铁路正常运营的重要因素之一。为验证红层泥岩能否满足高速铁路路基基床填料的要求,进行了红层泥岩填料静、动三轴试验研究。通过静三轴试验,研究了红层泥岩填料在静荷载作用下的强度变形特性,获得了其剪切强度指标,并判定红层泥岩土能满足作为高速铁路路基填料的静强度要求;通过动三轴试验,分析了红层泥岩土作为路基基床填料在低围压条件下的动强度特性、临界动应力、弹性模量和阻尼比及累积沉降变形的变化规律,论证了红层泥岩用作高速铁路路基特别是基床底层填料的可行性,并为今后红层泥岩土在高速铁路路基中的应用提供一定的参考依据。

列车循环荷载作用下高速铁路路基累积变形预测方法

随着高速铁路的兴建,对土质路基在循环荷载作用下的累积变形和破坏的研究越来越显得重要。基于三维有限元轨道/路基动力系统模型,计算得到列车动荷载作用下路基沿深度分布的动偏应力,然后结合LiD.Q.和Selig提出的路基土累积塑性应变模型来预测长期列车循环荷载作用下土质路基的累积变形。根据现场动载试验段的土性参数和试验条件下路基沿深度方向的动偏应力进行累积变形预测,预测结果与激振试验结果基本相符,从而验证了预测模型参数选择的有效性。然后对高速铁路无砟轨道路基进行累积变形预测,为建立无砟轨道路基累积变形的计算方法提供参考。