路堤-桥梁过渡段车辆气动力风洞试验研究

为了探究路堤-桥梁过渡段处车辆的气动力,建立1:50的大比例尺路堤-桥梁过渡段和车辆试验模型,在桥梁和路堤段分别布置两种风屏障,并在车辆模型表面布置多个测压点,以研究不同防风措施下处于不同风向角的路桥过渡段车辆气动力。试验结果表明:与无防风措施相比,布置桥梁风屏障后最不利风向角会从-15°变为0°,此风向下过渡段处车辆的三分力最大;再进一步布置路堤风屏障后最不利风向角不变,但大幅度减小了0°风向角下车辆的侧力系数和力矩系数;布置路堤风屏障能有效减小车辆所受三分力;不同风向角下改变陆地风屏障参数产生的影响不同,针对路堤-桥梁过渡段布置防风措施时,应充分考虑其来流方向,以达到最优效果。

桩承式加筋垫层路堤荷载分担改进计算模型

桩承式加筋垫层路堤中的关键荷载传递机制是多种现象的组合,包括路堤填土中的土拱效应、加筋垫层的张拉膜效应和地基土的支撑作用,然而,目前针对此方面的研究尚不完善。本文首先以考虑土体被动土压力发挥程度及桩间土应力非均匀分布改进的Hewlett土拱模型为改进载体;其次,假定加筋垫层为上、下部受均布荷载作用的简支梁,截面拉应力完全由加筋体承担,压应力完全由垫层材料承担,同时考虑地基土反力与梁最大挠度相关,引入地基反应系数,从而建立改进的桩承式加筋垫层路堤荷载分担计算模型;最后,通过工程实例与模型参数分析,验证本文计算模型的可靠性与准确性。研究结果表明:在路堤填筑过程中,土拱效应逐渐完全发挥,促进路堤荷载向桩体转移;随着地基土固结,桩体承担的路堤荷载也在逐渐增大;路堤填土高度、填土内摩擦角、桩间距对桩体荷载分担影响较大,加筋体抗拉模量对其影响较小。

考虑基质吸力影响的非饱和路堤三维稳定性上限分析

采用极限上限分析定理构建了路堤失稳的三维旋转破坏机构,继而根据Bishop非饱和土抗剪强度理论,考虑非饱路堤内部基质吸力的空间分布及其随地下水位的变化,建立了路堤破坏土体外力功率与内部能量耗散功率的能量守恒方程,并利用遗传算法编写了非饱和路堤最小上限解的高效搜索算法。通过将非饱和土路堤基底破坏模式退化为边坡破坏模式,并与现有非饱和土边坡稳定性计算结果对比,验证了所提上限解的正确性和遗传搜寻算法的准确性。进一步地,对路堤三维稳定性的关键影响因素展开了系统分析,研究了路堤填土孔径分布、基质吸力、进气值倒数、路堤倾角以及有效内摩擦角等因素对路堤三维稳定性的影响规律。研究表明,非饱和土质路堤的稳定性不仅取决于路堤填土性质,而且依赖于影响土体吸力大小与分布的填土孔径参数和进气值等因素。地下水位升降引起的基质吸力变化对路堤稳定性存在显著影响。研究结果为路堤稳定性精细化分析提供了重要的理论依据。

某高速公路高填路堤滑坡成因及稳定性分析

山区地形复杂多变,进行路线设计时,洼地、沟谷位置多设计为填方路堤。雨季时,此类地段为地表水汇集处,排水对于公路运营期路堤安全而言至关重要。文章分析了一种由于地表水排水不畅导致路堤破坏的案例,该案例在丘陵山区较为常见。根据路堤后缘裂缝和路堤坡体、坡脚等剪出口裂缝、鼓胀位置推测潜在滑动面,并对各种工况的稳定性进行了定量计算。研究方法可为公路路堤边坡水毁破坏初期的应急抢险提供稳定性分析支持。

高填方路堤滑坡成因分析及防护对策

以某高速公路互通匝道高填方路堤边坡失稳为例,综合考虑填方区原始地形地貌、地层岩性及施工工艺对路堤边坡稳定性的影响,分析了土−岩二元结构填方边坡的变形特征和破坏机理,认为岩土界面可能为填方边坡的最薄弱层面而非填筑界面。同时,根据滑坡成因分析和稳定性评价结果,借助ABAQUS有限元分析软件对填方边坡的破坏机理做了进一步验证,并对抗滑桩支挡结构的受力状态进行了数值分析。分析可知,滑坡滑面主要在岩土界面处,滑面形态呈折线状;通过开挖台阶、设置宽平台和抗滑桩支挡可有效抑制路堤边坡变形,同时应加强排水;在抗滑桩支挡作用下,高填方路堤边坡潜在滑动面表现为由深层向浅层的演化破坏;滑动面以上桩身应力逐渐减小,在滑面处形成“三角状”高应力区,滑动面以下桩−土接触段桩身应力主要集中在桩前;桩身主要受弯段在潜在滑面以下;桩身主要受推力部位在滑面以上桩长1/5~1/3处,而主要抗力部位在滑面以下桩前部分。

地震作用下半填路堤的伤损评价研究

针对当前半填路堤动力响应问题研究成本高、参数调整不灵活、影响因素单一等问题,基于数值模拟,以四川某路段发生震害的半填路堤为例,分析不同等级地震荷载(6级、7级、8级、9级)作用下半填路堤的设施损伤。采用人工拟合地震波,引入黏弹性边界,分析半填路堤在不同条件下的位移变形、边坡稳定性和路堤承载力。通过强度折减法与极限平衡法评估边坡稳定性,运用Terzaghi公式计算路堤承载力。结果表明,不同工况下,强度折减法对比极限平衡法得到的安全系数误差均在4%以内,说明强度折减法可以较好地评估边坡稳定性;随着地震等级的提高,半填路堤的位移增量逐渐增大,边坡稳定性逐渐降低,路堤承载力逐渐降低;半填路堤在8级、9级地震荷载作用下处于失稳状态;在8级地震荷载作用下,半填路堤位移增量增长约20倍,安全系数下降52.8%,路堤承载力下降57.0%,同比变化幅度均最明显,表明8级地震荷载对半填路堤的破坏性更显著。

多年冻土区拓宽路堤的阴阳坡效应与地震反应

为研究冻土路堤拓宽后的阴阳坡效应和地震反应差异,以青藏地区多年冻土环境为研究背景,综合考虑了气温变化、太阳辐射、风速和对流换热等边界条件对冻土路堤温度场的影响,建立了有限元模型,通过有限元分析软件Abaqus分析了路堤加宽前后的温度场变化规律。通过原始路堤和加宽路堤各月份的路堤温度场结果,对路堤模型进行了区域划分和材料填充,分析了地震荷载作用下路堤的加速度响应和位移响应。结果表明:在不考虑加宽路堤材料和路堤搭接方式对路堤加宽的影响下,相比于原始路堤,加宽路堤并未对路堤阴阳坡效应产生放大作用,并且阴阳坡效应不会对地震反应差异产生影响。

基于足尺模型试验的泡沫轻质土加筋路堤变形研究

泡沫轻质土及土工格栅在治理山区软土路基病害中均有重要作用,得到了广泛的应用。单独应用泡沫轻质土存在很大的局限性,将泡沫轻质土与土工格栅的优势结合起来,对泡沫轻质土加筋路堤变形进行研究,对公路工程有着重要的意义。通过开展足尺模型试验,对泡沫轻质土路堤及泡沫轻质土加筋路堤变形进行研究,结果表明:使用泡沫轻质土加筋路堤比普通泡沫轻质土路堤可以减小沉降,也更有效地减小路基土压力,同时有助于基底土压力扩散,解决基底应力分布不均匀问题。因此,采用泡沫轻质土加筋路堤可以提高软土路基承载力,增强路基的稳定性。

土工格栅加筋路堤变形模拟分析

为分析不同土工格栅加筋方案对路堤变形的影响,制定了路堤一级边坡、一二级边坡之间和二级边坡三个位置共八种加筋方案,通过建立计算模型进行数值模拟分析,确定路堤不同位置最优加筋方案。通过对比分析,得到各方案对路堤内部竖向位移和坡面水平位移的控制效果,并分析确定方案八为最优加筋方案。

基于灰色系统的深厚软基上部路堤沉降预测研究

为有效预测某深厚软基上部公路路堤的沉降趋势,在部分监测数据的基础上,采用灰色系统预测模型GM(1,N)对沉降进行预测分析,并与有限元法和分层沉降计算法的结果进行对比.结果表明:有限元分析的结果在总体趋势上与现场监测数据差异较大,理论计算只能提供最终沉降量的预测,无法满足施工阶段性变形预测要求,而GM(1,N)模型对短时间段内的路堤的沉降有较好的预测效果,时间较长时,预测数据将偏大.

考虑路面结构影响的低路堤动应力响应分析

以尼日利亚某公路为依托,对考虑路面结构层的砂砾填料低路堤在交通荷载作用下的动应力分布规律进行了研究。首先通过现场测试方法分析了行驶速度和轴重对路基动应力的影响,在此基础上建立三维有限元模型分析了不同路堤高度、不同超载率和不同路基填料模量对动应力分布的影响。现场测试结果表明:车辆的行驶速度越快,应力峰值越小,车重越重,路基内动应力越高,在路面较为平整的情况下,车重是影响路基动应力的主要因素,车速的影响较小。数值模拟结果表明:路基内动应力与路堤高度、超载率和路基填料的模量均成正比,路堤高度由1 m增加到2 m时,路基工作区由1.92 m下降到1.79 m,超载率由0增长到125%,路基工作区深度由1.77 m增加到2.73 m,增了54.2%,路基模量从80 MPa提高到160 MPa时,路基工作区深度从1.77 m下降到1.58 m,下降幅度为10.7%,试验结果表明超载对路基动应力的影响最大。结论为低路堤公路设计提供了参考。

高速铁路路堤对环境振动的影响研究

为研究高速铁路路堤填高、坡率对环境振动的影响,在京张高速铁路路基段附近开展现场实测,研究其环境振动的传播衰减规律。基于现场实测结果利用FLAC3D建立数值仿真模型,数值分析结果与实测值吻合良好,验证模型的合理性,并进行路堤填高、坡率对环境振动影响的分析。结果表明:现场实测振级幅值均小于63 dB,整体而言测点振级随着测点与线路外轨距离的增加逐渐减小;当路堤高度为1 m时,相对于路堤高度为0 m测点在距铁路线距离60 m范围以内振级出现反弹放大的现象;当路堤高度大于2 m时,相对于路堤高度为0 m对环境振动的影响大;因此,建议路堤高度在设定时不小于2 m;当边坡直立时地表振动最小;当坡率大于0时,相对于边坡直立时对环境振动的影响大;因此,建议采用U型槽结构路堤,其对环境振动的影响较小。

非对称路堤填筑对邻近桥桩影响分析

针对在高架桥下新建公路出现的单侧路堤填筑施工工况,以珠三角地区某一级公路路桥共线工程为例,对不同软基处理方案进行有限元计算,根据土层性质选用不同本构模型。分析结果表明:就地固化结合水泥土搅拌桩复合地基方案比水泥土搅拌桩复合地基方案能更好地控制桩身位移;根据挠曲线近似微分方程和数值计算得到的桩身位移或转角可以求出桩身弯矩,在桩身弯矩较大位置范围内应加强配筋。

在机加载条件下桩承式路堤离心模型试验设计

现有桩承式加筋路堤离心模拟技术存在诸多简化,忽略了模型应力历史的相似性。充分考虑几何布桩、材料特性、荷载及应力历史的相似性,优化设计了高重力场在机固结、插桩与路堤堆载的桩承式路堤离心模型试验方案。提出了对应在机加载过程的数值模拟方法,并分别建立了对应模型尺度和原型尺度的桩承式路堤单桩有限元模型。对比分析表明,模型尺度与原型尺度数值模型的桩土沉降曲线、荷载分担规律、路堤与桩身荷载传递、超静孔压分布均吻合,验证了桩承式路堤离心模型相似设计的正确性与合理性。离心模型试验方案能够反映桩承式路堤的变形发展、土拱效应与荷载传递特性,为在机加载条件下桩承式路堤离心模型试验奠定了重要的先期研究基础。

劲芯水泥土桩复合地基承载路堤失稳破坏模型试验

劲芯水泥土桩可有效提高软土地基承载力,减小地基沉降和提高边坡稳定性。目前对于劲芯水泥土桩的研究主要集中在其承受竖向荷载条件下的工程特性上,对于路堤荷载下桩体失稳破坏模式与计算方法的认识尚不全面。开展1g重力场模型试验,对比研究了路堤荷载下天然地基、水泥土桩复合地基、劲芯水泥土桩复合地基路基变形、桩土应力、桩体应变、桩体破坏形态及路堤失稳模式,并评价了现有刚性桩复合地基稳定性计算方法对于劲芯水泥土桩复合地基承载路堤稳定性分析的适用性。结果表明:相较于水泥土桩,劲芯水泥土桩能有效约束地基土变形,路面沉降约为水泥土桩复合地基的61%~71%,坡外隆起约为12%~46%,进而显著提高路堤的稳定性。在路堤荷载下,劲芯水泥土桩表现出渐进式失稳破坏特征,桩体可发生纯压破坏、压弯破坏和弯曲破坏,且与桩体刚度和相对于路堤位置有关,桩体断裂位置与滑动面位置并未重合。等效抗剪强度法对于劲芯水泥土桩承载路堤稳定性分析具有一定的适用性和应用价值。

高铁荷载下路堤和路堑段地面振动特性现场测试与数值分析

对巴黎-布鲁塞尔高速铁路地面振动开展现场测试,对比分析了高铁运行引起的路堤和路堑段地面振动特性以及传播衰减规律。基于2.5维有限元法基本原理,推导并建立了高铁荷载下路堤和路堑段2.5维有限元动力计算模型,详细讨论了路堤和路堑设计参数对地面振动特性的影响。结果表明:距轨道较近处的地面振动幅值主要受列车轴重影响,而距轨道较远处则由中间车相邻转向架轮对的叠加效应主导。高铁运行引起的路堤和路堑段地面振动随与轨道距离增加而减小,中高频成分振动的衰减速率显著大于其他频段。路堤和路堑段地面振动1阶主频主要由列车荷载的基频f_1主导,随车速提高逐渐向高频方向移动。路堤和路堑对地面振动的衰减规律有重要影响,路堤段地面振动随与轨道间距的衰减过程可分为两个阶段,而路堑段地面振动衰减过程则可分为三个阶段,且振动在堑顶处有较为明显的局部放大现象。当与路堤段轨道间距≥19.0 m(路堑段≥23.0 m)后,地面振动Z振级VL_Z均小于80.0 dB。同时,高铁荷载下地面振动随路堤高度或路堑深度的增加而减小,当超过某一限值时,继续增加路堤高度或路堑深度难以有效减小地面振动。路堤段地面振动随路堤弹性模量的增大而减小。此外,在确保稳定性的前提下,较陡的路堑边坡更有利于减小高铁运行引起的地面振动。

格栅加筋处治沿海高速公路拓宽路堤数值分析

为了研究沿海高速公路路堤拓宽差异沉降关键影响因素,采用有限差分软件FLAC^(3D)建模分析,探讨土工格栅加筋参数(格栅层数与格栅弹性模量)、新路堤填土参数(土体重度与土体弹性模量)对拓宽路堤差异沉降的影响,并提出了路堤拓宽最优设计方案。结果表明:土工格栅加筋参数对路堤差异沉降改善作用较小,而新旧路堤差异沉降随着路堤填土重度的增大而增大,且随着路堤填土弹性模量的增大而减小;最后,通过对影响拓宽路堤差异沉降的关键影响因素和拓宽路堤最大剪应变增量进行分析,建议在实际改扩建路堤加宽过程中选择轻质高强的路堤填料,以此来改善路堤拓宽差异沉降的影响。

深厚软土区桩梁式路堤承载及变形特性现场试验研究

为探究深厚软土区桩梁式路堤的荷载传递机制及深层地基变形规律,对桩梁式路堤的桩梁顶和桩间土压力、分层沉降、地基侧向变形和连梁钢筋应力进行长期监测研究。结果表明:路面下桩梁顶平面处实测土压力明显大于路堤中坡下实测土压力;地基深层水平位移随深度增加且呈“鱼腹”形变化,最大侧向变形主要集中在路堤中坡下近临坡脚区域。地基分层沉降随深度迅速衰减,并于地表下6 m后逐渐趋于平稳,分层沉降的稳定具有“滞后性”。连梁发生上侧受压、下侧受拉的挠曲变形,有利于桩梁式路堤整体受力。最后,将现场实测结果、现有理论和规范方法计算所得结果进行对比,表明桩梁式路堤的土拱效应比桩承式路堤更明显。

高速铁路红层改良填料路堤动力特性及沉降规律研究

川渝地区高速铁路建设频繁跨越红层地区,为高速铁路的建设和运营带来了新的风险和隐患。为了解决红层土工程适应性差的问题,对红层土试样展开室内土工试验,并且基于改良土工程参数构建了高速铁路红层改填料路堤动力学模型,分析了高速列车荷载下路堤内动应力、动位移、加速度的变化规律并提出质量控制措施。期望研究成果为红层地区高速铁路路基设计和施工提供理论指导与实践经验。

填方路堤水毁滑坡机理及加固措施比选研究

路堤水毁病害严重影响公路正常运行,确保路堤的稳定极其重要,故开展填方路堤水毁滑坡机理分析及安全控制措施研究非常必要。该文以某高速公路路基填方路段为例,通过现场变形监测及稳定性计算,定性分析滑坡原因及形成机理,计算不同加固方案的稳定性系数,并考虑工程造价、施工工艺及施工周期等因素,推荐适宜的加固方案。结果表明:受持续强降雨影响,路堤地层不均匀沉降是造成滑塌的根本原因;因路堤左侧现存洼地,降雨汇集并渗入土层,使黏土层膨胀软化及排水通道堵塞,进一步加快滑坡的形成;采用钢管桩与回填反压的复合加固方案,其稳定性满足要求,现场监测表明加固效果良好。