振动轮两侧加速度差异及连续压实指标优化研究

连续压实控制技术主要通过振动轮单侧振动响应描述土体压实状态,已在工程中得到广泛应用。然而,研究发现压实过程中存在振动轮两侧加速度响应不一致的现象,这可能导致现有测试方法在相同位置出现不同的刚度测试结果,因此研究振动轮两侧振动差异性对提高连续压实测试精度具有重要意义。结合现场试验,采集压路机振动轮两侧的加速度信号,重点分析了不同压实遍数、振动频率下两侧加速度峰值、倍频幅值的变化与分布规律;以双侧响应为基础提出平均指标,通过相关性分析对指标适用性进行验证。研究结果表明:随着压实遍数的增加,两侧加速度峰值差异逐渐减小,经4遍压实后差异由24.4%降至13.3%;振动轮结构偏心会造成振动轮两侧加速度频谱中基频幅值差异的产生,被压土体两侧刚度不均会造成2倍频、3倍频幅值差异的产生;双侧平均指标μAICV与动态变形模量的相关性为0.75,表明双侧平均指标μAICV可用于路基压实质量控制,相比单侧连续压实控制指标,可有效提高现场质量控制精度。

GP断层破裂模型在青海门源M_(S)6.9地震强地面运动模拟的适用性研究

2022年1月8日青海省门源县发生M_(S)6.9地震,震中附近遭受了强烈地震破坏.为验证Graves和Pitarka开发的GP断层破裂模型在震前对中国地区地震动场的预测与评估能力,本文基于GP法,考虑不同上升时间系数(rc)的影响,对门源地震进行了确定性地震动模拟.将模拟结果在地震动衰减规律、波形与幅值和烈度分布三个方面分别与青藏地区的地震动峰值预测方程、强震观测记录和根据强震记录自动产出的烈度图进行了对比.结果表明,当rc为9.0时,模拟记录与实测记录和地震动峰值预测方程基本一致.本文较好的重现了门源地震的强震动场,在合理选取rc的情况下,GP法可以应用于中国地区震前强地震动场的预测和估计.

连续振动压实中跳振分析及影响研究

研究目的:跳振是路基振动压实过程中的一种常见现象,跳振发生时智能压实体系中谐波类测试指标如CCV、CMV的离散性显著增大,进而影响路基压实质量的判断精度。为分析跳振对谐波类连续压实检测指标的影响规律,基于“轮-土”动力学系统,采用Universal Mechanism进行建模,分别研究了振动压路机的激振频率、激振力与振动轮重量的比值、路基刚度、路基阻尼等因素对跳振产生的影响规律,在揭示跳振产生机理分析的基础上,研究其对智能压实指标的影响。研究结论:(1)路基刚度系数及激振力与振动轮重量的比值与跳振发生存在显著正相关;(2)相同路基刚度下,随振动频率以及路基阻尼的增大,跳振发生概率降低;(3)跳振现象对谐波类连续压实指标存在影响,其中CMV受跳振影响十分显著,采用CMV用于判断压实度会存在较大误差;而CCV由于考虑多次谐波分量,受跳振影响相对较小;(4)提出了一种基于激振力与轮重比以及路面刚度的跳振发生判定方法,本文通过揭示路基动力特性、振动参数与跳振间互作用关系,可为控制压路机的操控行为实现高质量智能压实提供参考。

循环荷载下TDA掺量对一级道砟动力性能的影响

掺和废旧轮胎橡胶颗粒(TDA)改良道砟具有降低道砟磨耗、缓解废料处置压力、便于施工等诸多优点,是一种具有发展潜力的道床改良措施。采用动三轴试验和激光扫描方法,进行循环荷载作用下TDA掺量(体积比)对TDA一级道砟混合集料动力性能的影响及道砟颗粒几何形状变化规律的研究。结果表明:随着TDA掺量的增加,混合料试样轴向应变增加、动弹性模量降低、阻尼比增加,且道砟破碎率降低;TDA掺量为10%时,可在保证混合料动弹性模量和阻尼比满足要求的前提下,有效降低道砟颗粒破碎率;循环荷载作用下道砟主要在尖角、棱边及表面发生局部破坏,颗粒整体形状特征变化较小;与不含TDA试样相比,TDA掺量为10%试样的道砟颗粒局部特征综合系数减小16%,TDA可有效降低道砟颗粒局部破坏程度。

基于三维图像的道砟几何形态分布规律研究

道砟几何形态对道床结构物理力学性能有重要影响,量化评价和分析道砟颗粒几何形态对结构的相互作用机理研究、数值仿真分析等都具有重要意义,可为道床养护维修优化提供支持。基于颗粒三维图像特点,提出一个新的局部特征评价参数——综合局部特征参数,通过检验表明该参数的有效性;结合整体形状特征参数,从整体及局部两个层次对我国铁路道砟颗粒几何形态分布规律进行统计分析。此外,分析道砟颗粒的比表面积分布规律。道砟颗粒比表面积分布规律研究有助于分析研究颗粒交互作用及能量利用效率。研究结果表明,三维尺寸方面,片状道砟尺寸偏差程度最大。随道砟粒径增加,块状道砟尺寸偏差程度逐渐变大,针状道砟基本保持不变,片状道砟逐渐减小。整体形状方面,块状道砟整体形状最接近球形,随道砟粒径增加,片状道砟整体形状向球形趋近,块状及针状道砟整体形状基本不变;局部特征方面,针状道砟局部特征最显著;随道砟粒径增加,各种形状道砟颗粒的局部特征均变得明显。道砟颗粒的比表面积与3D粒径有关,随3D粒径增加,道砟比表面积减小,其中片状道砟的比表面积减小速率最大。

TDA道砟混合集料动力试验与能量重分布研究

在道砟中加入废旧轮胎碎屑(TDA)是一种新型道床改良方法。由于相关研究工作的缺乏,对TDA混合集料物理力学性能及作用规律的研究尚不足,研究结论尚不统一,对混合TDA作用机理的研究非常少见。因此本文基于大型动三轴试验,采用统一击实功方法制备集料,分析循环荷载作用下两种TDA尺寸和不同掺量对累积塑性应变、动弹性模量、滞回曲线、阻尼比等动力特性的影响规律;利用能量原理,研究混合集料累积总能量、弹性应变能、耗散能的分布规律,探索TDA混合的作用机理。研究结论表明,TDA颗粒大小及掺量都能够对混合集料的动力性能产生显著影响,随TDA掺量增加,集料累积变形增加,动弹性模量总体呈下降趋势;添加TDA可有效提高集料阻尼比、降低道砟破碎率;随掺量增加,累积总能量、弹性应变能及耗散能增加,塑性变形的增加是TDA降低道砟破碎率的根本原因;TDA掺量超过一定数值,弹性应变能过大可能引发剧烈振动,添加8~16 mm粒径TDA时掺量应控制在10%以内,16~25 mm粒径TDA下掺量应控制在15%以内;16~25 mm粒径TDA虽然在降低道砟破碎程度上略低于8~16 mmTDA,但总体上动力性能受TDA影响较小。本文提出的考虑能量平衡分布方法可为改良方案的优化设计提供新思路。

非饱和土地区高速铁路路基沉降预测模型

准确、合理地预测线路工后沉降是高速铁路建设的关键,现场沉降观测数据表明不同饱和度地区路基沉降曲线线型变化较大,基于饱和理论的沉降预测方法在工后沉降预测中存在不能准确描述沉降规律,且存在预测值偏小的风险。基于实测沉降规律,提出了一个适用于非饱和土地区路基的沉降预测曲线模型。分析了预测曲线模型的特点,并基于最小二乘法给出模型参数的求解方法。结合兰新铁路第二双线LXS-15标段沉降数据,提出相关系数、偏差度、稳定度为模型有效性检验指标,结合施工完成2 a的实测资料,进行了在施工完成3个月及6个月所提模型与规范要求3种预测模型的对比研究;对3条不同饱和程度高铁路基沉降预测结果表明所提出的非饱和土预测模型具有较好的精度和广泛的适用性,为非饱和土地区高速铁路建设合理判断工后沉降提供参考。

基于范德堡法的非饱和土电阻率测试方法

电阻率法是实现无干扰土体压实度及水分迁移测试的一种有效方法。范德堡法(vdP法)广泛应用于半导体等材料的电阻率测量领域,有较高的精度,将该方法引入非饱和土电阻率测试,研发了一种只接触土体表面而不破坏土体结构的土体电阻率测试装置及方法,装置由钛电极片、交流恒流源、电压采集及数据处理系统4部分组成。采用此装置对某粉黏土的电阻率进行了测试研究,验证了电极尺寸、试样高度以及温度对于测试精度的影响;测试了不同含水率、压实度下土体电阻率的变化规律,试验表明所提供的测试方法具有精度高、测试稳定、对土样无干扰等优点。

重载铁路基床动力湿化特性试验研究

重载化是铁路扩能改造的重要途径,然而轴重增加会加剧重载铁路路基土湿化变形,引起路基的不均匀沉降,影响列车的安全运行。结合朔黄重载铁路路基病害段实际工况,采用GDS动三轴仪进行了室内动力湿化试验,研究了动应力幅值、压实度对土样湿化变形特性的影响。试验结果表明:1一定压实度下,土体动力湿化变形与动应力幅值可采用指数关系拟合;2土体压实度对动力湿化变形有明显影响,压实度大于95%时,动应力对湿化变形的影响显著降低;3存在一个临界的含水率(本试验为15%),土样饱和度低于临界含水率时,动应力对湿化变形影响不明显,而大于时土样湿化变形显著加大;4分级加载试验表明,土体累积变形随动应力增大而增大。

考虑流固耦合作用的深基坑有限元分析

基于比奥固结理论和修正剑桥模型,利用流固耦合模型对复杂地质条件下深基坑降水开挖过程中基坑的时间效应进行研究,并以地铁车站深基坑为例,对基坑降水开挖过程中的渗流固结进行了有限元计算。计算结果揭示了基坑渗流场分布及基坑水土压力和地下连续墙变形、周围地面沉降及基坑底部回弹的分布规律;并将计算结果与现场实测数据进行了对比,发现考虑流固耦合的计算结果与实测数据较为接近,能够比较真实地反映基坑渗流与变形特征。

浸水作用下重载铁路基床动回弹模量衰减规律

以包神铁路某病害段土体为研究对象,制备不同压实系数、不同含水率的试样,利用GDS动三轴系统进行模拟浸水状态下的动力特性试验;使用自行研制的常水头马氏瓶模拟雨水自然浸入基床,构建动力湿化环境,研究浸水作用下重载铁路基床动回弹模量衰减规律及敏感影响因素。结果表明:浸水过程会打破土体的动力稳定状态,引发塑性应变的持续累积以及动回弹模量的持续衰减,累积程度和衰减规律受到压实系数的显著影响;压实系数为0.96的土体在浸水作用下循环加载至50000次时其累积塑性应变小于3%,而压实系数分别为0.9和0.93土体的累积塑性应变皆大于10%;压实系数越大的土体在浸水作用下动回弹模量衰减程度越大,压实系数分别为0.9,0.93和0.96的土体在浸水作用下其动回弹模量分别衰减22%,32%和42%;不同初始含水率土体的累积塑性应变和动回弹模量衰减规律相近。在试验数据基础上,提出了用动回弹模量构建的动力湿化作用下的土体软化模型,该模型体现了土体刚度受压实系数显著影响的特性,且具有较好的适用性。

工程弃碴改良膨胀土路堤的实验研究

通过室内试验、现场检测 ,利用工程弃碴改良膨胀土路堤的工程特性进行研究 ,给出改良土的最佳配合比 ,合理摊铺厚度以及压实工艺。现场实施表明经济有效。

水平测斜仪在路基沉降测量中的误差处理

水平测斜仪测量路堤沉降具有不影响施工 ,操作方便 ,性能可靠等优点。针对仪器安置误差不易确定的缺点 ,提出了采用双向拉测法消除安置误差的原理 ,提高了测试精度。介绍了利用双向拉测法测试路基沉降的典型工程实例。

浅析案例教学法在《涉外土木工程》课程中的应用

案例式教学法对于增强学生的创新思维以及实践能力有着十分重要的作用。《涉外土木工程》是一门实用性和技术性较强,同时对学生参与性要求都较高的课程,在课程中进行案例式教学,具有很大的价值和发展空间。本文通过对我国涉外工程发展特点以及案例式教学法的含义进行阐释,引出案例式教学法在《涉外土木工程》课程中运用的重要意义,最后提出案例式教学法在《涉外土木工程》教学中的具体应用措施。

水泥混凝土路面粉质粘土路基永久变形及其预测

针对水泥混凝土路面与路基土永久变形之间的相互关系,从降低路面病害角度出发,分析水泥混凝土路面对路基性能的要求。并通过室内动三轴试验对水泥路面路基永久变形的形成机理和影响因素进行分析,基于NCHRP-37A模型,建立了相应的预估方法,以确定粉质粘土路基永久变形量。

基于扫描电镜图像的土体三维视孔隙率定量计算方法

通过扫描电镜来观察土体微观结构是目前研究微观土力学的重要手段。目前,大部分通过SEM图像反映土体孔隙率的研究多采用二维表观孔隙率定性分析,而此时得到是土体的二维表观孔隙率难以反映土体真实的三维孔隙率。因此,建立一种基于二维扫描图像计算三维孔隙率的计算方法具有重要研究意义。基于SEM电镜扫描图像,利用SEM图像处理软件IPP,变换不同的阈值得到不用阈值下的二维表观孔隙率,并且引入二重积分的思想,提出了一种基于SEM扫描电镜二维图像确定土体三维视孔隙率的计算方法。最后对不同种类的土进行了对比试验验证,结果表明本文提出的计算方法能够较好地反映土体真实的三维孔隙率。

循环荷载下级配碎石填料累积塑性应变及破坏规律研究

级配碎石作为重载铁路路基基床的核心填料,在大轴重列车循环荷载作用下的动力稳定性对于整个路基结构的服役性能至关重要。为探究循环荷载作用下级配碎石填料的累积塑性应变演变特征及破坏规律,以不同细粒含量的级配碎石为研究对象,开展一系列不同应力水平下的大型动三轴试验。试验揭示了细粒含量、围压、动应力幅值对该填料累积塑性应变及临界动应力的影响机制,并基于试验结果,提出不同深度级配碎石填料考虑细颗粒含量参数的临界动应力计算公式,明确了式中各参数的物理意义。研究成果有助于预测重载列车动力荷载作用下基床土体的变形,并对评价既有线路开行大轴重列车的适用性提供参考。

路基沉降监测方法应用研究

介绍路基断面沉降监测常用的几种测试方法和测试原理,并对它们各自的优缺点进行了对比研究,指出采用水平测斜仪监测路基全断面沉降更为有效,它具有不影响施工,不受气候影响、操作方便、精度高等优点,且数据处理简捷方便,结果直观。文中结合具体工程,重点介绍水平测斜仪的工作原理、测试过程和数据处理等内容,并给出测试断面不同时期的沉降曲线和某一次测试的全断面沉降曲线。

非饱和粉土路基内水分迁移规律试验研究

动载作用下非饱和粉土路基内部的水分迁移规律,对研究重载铁路在浸水状态下的路基稳定具有重要意义。基于范德堡原理,利用土样的电阻率特性,研制出一套基于GDS动三轴仪的非饱和土样含水率分布规律测试系统。利用该系统开展浸水动三轴试验,并对试验过程中非饱和试样的分层含水率进行连续测试,探究土样的初始压实度、动载的动应力幅值对非饱和土样内部水分迁移的影响规律。结果表明:该测试系统可在动三轴试验过程中对非饱和试样的分层含水率进行实时、无损、连续地测定,测试结果的最大误差为0.7%;非饱和土样在动载作用下随其含水率逐渐增大,土样的初始压实度对电阻率的影响程度减弱,接近饱和含水率时可忽略;土样初始压实度、含水率与土体电阻率具有确定的函数表达式,并具有良好的相关性及唯一性。结合试验结果分析认为:降雨及动荷载共同作用下,路基内水分在某一深度土体积聚,该区域孔隙水压力增大,强度降低,导致翻浆冒泥病害的发生;路基压实度及列车轴重增大,均会抑制路基内水分向下部迁移,有助于路基的稳定,但轴重增加,可能导致路基的失稳,当轴重大于临界动应力时,路基将发生破坏。

基于大型动三轴试验和图形分析法的有砟道床劣化特性研究

为揭示列车长期动荷载作用下有砟道床劣化规律,开展大型动三轴试验,研究道砟试样在循环荷载作用下的累积应变、滞回圈、动弹性模量以及阻尼比等宏观力学行为演变规律。同时,采用三维激光扫描仪并结合图形分析法从细观尺度分析动荷载作用下道砟颗粒劣化规律。研究结果表明:道砟试样永久变形行为符合塑性安定和棘轮行为特征;随循环次数增加,试样应变硬化现象逐渐增强且增长趋势变缓,动弹性模量表现出先增加、后减小、再增加最终趋于稳定的变化规律,阻尼比则先缓慢上升随后急剧下降,并从细观尺度对其劣化现象进行解释。分析试验结束后发生明显劣化的道砟形态可以看出,主要劣化形式为尖角折断,发生尖角折断的道砟会导致其棱角性减弱,试验后道砟形状更接近球形;相对于立方状道砟,片状和针状道砟更易发生劣化;道砟粒径越大,越容易发生劣化。相比于洛杉矶磨耗试验,动三轴试验由于更贴近道砟实际受力条件而更能揭示道砟劣化进程。