土力学视野下的自然奥秘

土力学是以土为研究对象,研究土的基本物理性质及强度、稳定性、渗流的学科,以解决诸如饱和砂土液化、边坡稳定及地面沉降等工程问题,与人类社会发展和生活密切相关。自从人类改造、利用、适应自然开始,大自然中有许多诸如毛细现象、管涌流砂、拱效应等神奇的奥秘都被人们以土力学的思维巧妙利用和防治。教学中若能基于生活现象和案例,剖析现象与原理间的关系,不仅可使学生较易掌握理解基本原理,还可引导学生挖掘我国优秀经验、技艺及文化,对于增强文化自信、增强民族自豪感具有重要的现实意义。

格栅节点加强对风积沙筋土界面力学性能的影响

在普通双向土工格栅上附加节点,可形成具有立体加筋效果的加强节点土工格栅。在普通双向土工格栅加筋风积沙拉拔试验和离散元数值模型的基础上,构建加强节点土工格栅加筋风积沙的三维离散元拉拔模型,研究加强节点排布方式、厚度、数量、相邻节点间距对筋土界面力学性能的影响。研究结果表明:在节点上侧加强、节点下侧加强和节点上、下两侧同时加强的排布方式中,上下两侧同时加厚对极限拉拔阻力和界面摩擦角的增幅最大;加强节点可优化土工格栅的加筋性能;当节点布置方式不变时,加强节点厚度和节点数量均与极限拉拔阻力增量呈现出良好的线性相关性;与普通土工格栅相比,加强节点土工格栅的剪切带范围更大,且限制土体位移的能力更强;当多个节点同时工作且相邻节点的间距较小时,相邻节点的影响区域互相重叠,使节点提供的极限拉拔阻力增量降低,产生节点群体效应;随着相邻节点的间距增大,节点影响区域的重叠范围减少,群体效应逐渐减弱。

新型土工织物处治膨胀土水分迁移试验研究

膨胀土是一种亲水性较强的特殊土,遇水易发生胀缩变形,导致修建在膨胀土地区的路基常产生路面开裂、沉降、翻浆等病害。新型土工织物是一种具有排水与加筋功能的新型土工材料,除像传统排水结构一样能排“明水”外,其毛细织物沟槽产生的毛细力还能排毛细水,在非饱和环境下排水效率高。为研究新型土工织物对膨胀土水分迁移的影响规律,通过在膨胀土中设置一层土工织物,开展毛细水上升、降雨入渗条件下素土(素土样)、新型土工织物排水(排水样)及不排水(阻隔样)3种工况的一维土柱对比试验,探索新型土工织物对膨胀土的含水率(体积、质量)、膨胀率及不排水强度的影响规律。研究结果表明:膨胀土与新型土工织物形成的阻隔系统使得更多的水分集聚在土工织物周围,产生了类似“锅盖”的效应;在膨胀土中铺设新型土工织物,能延缓水分迁移速率和抑制胀缩变形,膨胀土的不排水抗剪强度发生了显著变化;阻隔样中新型土工织物将水分吸附、阻滞在其周围不能排出,易造成病害,排水样中试样内外湿度差产生的吸力差将“抽吸”到新型土工织物毛细沟槽中的水分横向导出;为充分发挥新型土工织物在非饱和环境下的排水效率,需将其延伸至土样外。研究成果可为膨胀土路基设计、施工及病害处治提供参考。

铺设方式对新型土工织物排水效率影响的试验研究

新型土工织物是一种排水效率较高的土工材料,相比传统土工织物,能将路基内的水分更高效率、更大程度地排出。目前关于这种新型土工织物的排水机理已有一定研究,但关于其铺设方式对排水效率的影响还缺乏系统研究。鉴于此,基于新型土工织物的编织结构、排水方式和墨水消散试验,通过在砂土中铺设一层土工织物,开展不同铺设方式下的排水对比试验,研究新型土工织物不同铺设方式对排水量、砂土湿润锋,砂土含水率(体积、质量)的影响规律。研究结果表明:新型土工织物水平+垂直向上铺设、新型土工织物水平+垂直向下铺设、传统土工织物水平+垂直向下铺设收集到的水量分别较砂土自由排水多12.23%、10.41%和5.97%;新型土工织物排水效率受铺设方式的影响,新型土工织物水平+垂直向上铺设排水效率最大;新型土工织物水平+垂直向上铺设时,不仅增加了排水路径,还扩大了排水影响范围,使砂土形成一定的湿度差,产生的吸力差能驱使水分迁移,加之新型土工织物的毛细作用,更多的水分被导出;砂土自由排水时,自由水沿孔隙排出,砂土中铺设传统土工织物,虽增加了排水路径,加速了排水效率,但其是憎水材料,在非饱和环境下排水效率低。研究成果可为新型土工织物处治路基病害的设计、施工提供参考。

考虑道砟嵌入作用的有砟轨道基床表层变形行为研究

为研究有砟轨道道砟嵌入现象及其对基床表层变形行为的影响,开展以道砟碎石-基床粉土双层试样为研究对象的动三轴试验,分析道砟嵌入对基床表层变形行为的影响,探讨基于道砟嵌入指标的基床表层变形行为标准。试验结果表明,道砟嵌入使得道砟碎石-基床粉土试样的粉土表层出现道砟槽痕并发生侧向变形,同时承受动荷载的能力降低;提高动应力水平和增加粉土含水率会加剧道砟嵌入程度;道砟碎石-基床粉土试样的破坏模式可分为剪切破坏型和软化破坏型;基床粉土含水率较低时,道砟碎石-基床粉土试样整体变形主要源于道砟和粉土的压缩变形,而当粉土含水率较高时,道砟嵌入引起的轴向和侧向变形则较为显著;当粉土处于最优含水率时,道砟嵌入速率为2.9×10^(-5) mm/s时道砟碎石-基床粉土试样达到塑性安定极限,而当粉土处于天然含水率和饱和含水率时,塑性安定极限对应的道砟嵌入速率则为1.4×10^(-4) mm/s。

运梁车荷载作用下粗粒土填料的回弹与累积塑性应变特性研究

高速铁路建设期间运梁车动荷载与运营期间高铁列车动荷载有很大区别,运梁车作用下产生的动应力远大于高铁列车作用下产生的动应力,易导致新建高铁路基表面平整度变差,沉陷明显。为探讨路基填料在大型运梁车动荷载作用下的动力特性,选取典型高铁路基断面,进行现场实车测试,获得运梁车作用下路基的动应力。以路基基床粗粒土填料为研究对象,开展一系列考虑围压、动应力、含水率等因素的大型动三轴试验,分析围压、动应力及含水率对粗粒土填料变形特性的影响。结果表明,稳定试样的滞回曲线斜率随振次逐渐变大,且表现出变形积累性、滞后性和非线性。加载初期试样回弹模量迅速减小,波动较大,然后随着振次的增加逐渐稳定或有所增加;回弹模量值随围压和动应力的增大而增大,随含水率增加而减小。基于安定理论,非饱和试样塑性变形行为类型都为塑性安定,而饱和试样塑性变形行为类型在动应力较小时为塑性蠕变,动应力较大时为增量破坏;累积塑性应变随动应力和含水率的增大而增大,随围压的增大而减小,其中含水率影响最为显著,并基于试验结果建立了累积塑性应变预测模型。研究结果可为正确认识运梁车荷载作用下路基填料的变形行为提供依据。

间歇循环荷载作用下饱和砂土累积塑性变形及孔压特性研究

长期列车荷载作用会引起砂土地基和填料的强度衰减、累积沉降过大甚至沉陷等病害问题,严重者危及行车安全。揭示病害机制需探明间歇荷载作用下饱和砂土累积塑性变形及孔压特性。对此开展了不同围压、动力幅值下连续加载与间歇加载的动三轴试验,试验结果表明:(1)饱和砂土累积塑性变形-振次曲线呈现锯齿状发展。间歇效应导致卸荷回弹,并显著降低了后加载阶段砂土累积塑性变形,可使连续加载条件下的破坏型“转换”为稳定型。(2)对于塑性安定和塑性蠕变型,孔压-振次关系曲线呈台阶状,第1加载阶段的孔压随振次迅速累积增长,而间歇阶段排水,孔压消散接近或降至0,土体趋密实;在后续加载阶段,孔压累积幅值大幅降低。对于增量破坏型,孔压在第1加载阶段快速增大,试样破坏。(3)建立了表征间歇加载下砂土累积塑性应变两阶段发展特征的预测模型,预测效果良好。(4)间歇效应提高了砂土抵抗塑性变形的能力,连续加载会高估砂土累积塑性应变和低估其动强度。该研究结果对深刻认识间歇循环荷载下饱和砂土的累积变形特性和机制具有重要参考价值。

冻融循环作用对纤维水泥改良风积沙劈裂抗拉强度的影响

为了研究冻融循环次数、纤维掺量和冻结温度对水泥改良风积沙劈裂抗拉强度的影响,开展玄武岩纤维水泥改良风积沙试样的冻融循环试验和劈裂抗拉强度试验。试样的纤维掺量分别为0,0.5%,0.8%和1.1%。冻结试验的冻结温度分别为−10℃,−20℃和−30℃,融化温度为20℃。试验结果表明,纤维水泥改良风积沙的劈裂抗拉强度随着冻融循环次数的增加而减少,与未经冻融循环的试样比较,第1次、第1~2次、第2~4次、第4~7次和第7~10次冻融循环后,每次冻融循环的强度损失速率分别为18.7%~36.8%,16.8%~21.0%,2.9%~6.5%,4.0%~5.8%和1.5%~2.7%,10次冻融循环后强度损失速率趋近于0。经历冻融循环后,纤维水泥改良风积沙试样的劈裂抗拉强度随着纤维掺量的增大而增大,达到0.8%的最优纤维掺量后则相反。纤维水泥改良风积沙试样劈裂抗拉强度随着冻结温度的降低而减小,但减小的幅度不明显。劈裂抗拉强度与冻融循环次数呈指数函数关系,与纤维掺量呈抛物线关系。劈裂抗拉强度影响因素相关性分析结果表明,劈裂抗拉强度与冻融循环次数呈负相关,而与纤维掺量、冻结温度呈正相关,冻融循环次数对劈裂抗拉强度的影响最显著,其次为纤维掺量,而冻结温度影响最小。基于108组实验数据,采用多元非线性回归分析法,建立劈裂抗拉强度的多因素评估模型,能够较好地预测不同冻融循环次数和纤维掺量下水泥改良风积沙的劈裂抗拉强度。研究成果可为风积沙铁路路基基床设计提供参考。

纤维掺量对水泥改良风积沙强度及孔径分布的影响

为了研究纤维掺量对水泥改良风积沙无侧限抗压强度和孔径分布的影响,进行聚丙烯纤维水泥改良风积沙的无侧限抗压强度试验和核磁共振试验。纤维掺量为0,6‰,8‰和10‰,水泥掺量为4%和5%,试样标准养护龄期为7 d。试验结果表明,纤维水泥改良风积沙的T2谱曲线存在3个峰值,最可几孔径和孔隙率随着纤维掺量的增大而减小,纤维掺量大于8‰,结果则相反。适量纤维加筋水泥改良风积沙,可以减小水泥改良风积沙内部孔隙,小孔和中孔增多,大孔减少。未掺纤维的水泥改良风积沙的应力-应变曲线呈应变软化型,而纤维水泥改良风积沙的应力-应变曲线随着纤维掺量的增大逐渐趋向于应变硬化型。纤维水泥改良风积沙的应力-应变曲线大致分为孔隙压实、弹性变形、弹塑性变形和应力衰减等4个阶段。随着纤维掺量增大,应力-应变曲线整体右移,延性增强,无侧限抗压强度、峰值应变和能量吸收能力随着纤维掺量的增大而增大,超过最优纤维掺量8‰,规律则相反。水泥掺量4%,纤维掺量8‰的水泥改良风积沙的无侧限抗压强度、峰值应变、能量吸收能力分别为水泥改良风积沙的1.31倍、2.04倍和1.37倍。纤维水泥改良风积沙的孔隙率与无侧限抗压强度呈幂函数关系。研究成果可为纤维水泥改良风积沙填料的应用提供参考。

列车动荷载作用下有砟轨道道砟嵌入现象研究

为研究有砟轨道出现的道砟嵌入现象,开展以道砟与路基土双结构层试样为研究对象的动三轴试验。分析不同动应力和路基含水率条件下的道砟嵌入现象,提出定量表征道砟嵌入程度的指标,构建其与动应力和路基含水率间的经验模型,并对试样的侧向变形进行探讨。采用道砟嵌入深度、道砟嵌入质量和细粒土迁移质量等指标对道砟嵌入程度进行定量表征,并构建道砟嵌入指标与动应力间的经验模型;最后基于细粒土迁移质量和道砟嵌入深度间接表征并分析试样的侧向变形。研究结果表明:在循环动荷载作用下,道砟与细粒土接触部位会发生道砟嵌入现象;动应力和细粒土层含水率增加会加剧道砟嵌入程度,当动应力较低、细粒土层含水率增加至15.8%时,含水率的变化对道砟嵌入程度的影响减小,而当动应力较高时,细粒土层含水率增加能显著加剧道砟嵌入程度,甚至导致试样破坏;以道砟-细粒土双结构层试样为研究对象可考虑碎石道床-土质路基接触部位应力的离散性和局部增大效应,可为研究道床-路基的层间作用和整体变形特性提供试验依据。

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型与验证

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力响应是高速铁路设计、施工和运维普遍关注的问题。为了较好地掌握高速列车荷载作用下的无砟轨道、路基以及地基各结构的动力响应,采用实体单元对无砟轨道结构、路基和地基进行建模,考虑扣件系统的5层垫片和弹条,以超弹性材料本构关系模拟橡胶垫片的大变形行为,以三维黏弹性静-动力统一人工边界模拟无限地基,以静动力顺序分析模拟路基和轨道的建造过程,以实测轮轨力模拟列车高速运行时产生的激励,构建高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型,采用实测数据,从动位移、动应力和动应变三方面对模型进行验证。研究结果表明,所建模型间接地考虑了空气和轨道不平顺对高速运行列车荷载的影响,考虑了扣件系统多层垫片间接触压力的传递和扩散,能很好地模拟列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基系统的动力响应,与实测结果吻合很好。高速列车荷载作用下基床表层的动应力小于20 kPa,动应变处于10με量级,表明路基处于小应变和弹性变形状态。该模型可用于深入研究高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力学行为,为高速铁路无砟轨道结构及路基设计、优化提供一种有效的计算分析手段。

考虑不同边界条件的风积沙-土工格栅拉拔试验离散元模拟研究

室内土工格栅拉拔试验物理模型边界及加载装置通常是刚性的,但土工格栅工程应用的边界条件往往不能与室内拉拔试验物理模型边界相对应。为了研究边界条件对拉拔试验结果的影响,在室内三轴和拉拔试验的基础上,运用三维离散元方法,对土工格栅加筋风积沙的拉拔试验展开数值模拟,研究加载顶面刚、柔性加载方式和模型前壁刚、柔性边界4种组合条件即刚性顶面刚性前壁(RTRP)、柔性顶面刚性前壁(FTRP)、刚性顶面柔性前壁(R_(T)F_(P))、柔性顶面柔性前壁(F_(T)F_(P))对筋土界面宏细观特性的影响。分析了不同组合条件下拉拔力与拉拔位移的关系、界面剪切强度、试样内部应力链、孔隙率分布和颗粒旋转规律,分析了刚性加载板和柔性边界颗粒位移、F_(T)F_(P)组合下土工格栅的变形以及拉拔过程中剪切带的演化规律。研究表明,模型前壁的刚、柔性边界对拉拔力和拉拔位移曲线模式以及界面摩擦角的影响很大。刚性前壁边界条件下,拉拔力和拉拔位移曲线呈加工软化型;柔性前壁边界条件下,拉拔力和拉拔位移曲线近似呈双折线型。当模型前壁由刚性变为柔性时,界面摩擦角减小了7°~8°。当法向应力小于90kPa时,建议FTRP组合、R_(T)F_(P)组合和F_(T)F_(P)组合的拉拔力峰值折减系数分别取0.9、0.6和0.7。4种组合在拉拔试验过程中试样体积增加,呈剪胀特性。RTRP和FTRP组合剪切带厚度分布为颗粒平均粒径的5.38倍和10.79倍;R_(T)F_(P)与F_(T)F_(P)组合剪切带的分布范围更广。该研究成果有助于深入揭示刚、柔加载方式以及刚、柔前壁边界下土工合成材料和风积沙的相互作用机制。

重载列车作用下新型预应力路基动应力响应规律研究

基于车辆−轨道耦合动力学理论,建立列车−轨道−预应力路基和常规路基共2种三维动力有限元模型,通过引入重载铁路高低不平顺轨道谱,分析不同轴重列车运行下,这2种路基结构动应力响应差异化规律。研究结果表明:1)受轨道不平顺的影响,2股钢轨正下方路基面的动应力沿路基面中线呈非对称分布,且差异性显著;2)2种路基结构在轨下路基面上的动应力峰值沿线路纵向的随机波动程度随轴重增大而增大,而预应力加固结构在一定程度上可控制这种波动程度,且列车轴重越大,控制优势越明显。在轨下基床层不同深度处,预应力路基内的动应力平均值略低于常规路基的动应力平均值;3)列车轴重对动应力变异水平存在放大效应,而在预应力路基基床内,其动应力变异系数均小于常规路基的动应力变异系数,表明预应力加固结构在维持路基动应力稳定方面具有积极效应;4)在基床内不同深度处,2种路基结构动应力峰值沿线路纵向均服从正态分布;5)列车轴重越大,钢筋附加动应力水平越高,但远低于静态目标张拉应力,且各排钢筋动响应程度沿坡面从上至下是逐渐衰减的。

砂土拱效应滑移面几何轮廓与松动土压力分析

土拱效应本质上是由于土体内部松动引起的应力转移现象,土体松动过程伴随着滑移面的形成和延展,但目前针对滑移面几何轮廓、松动影响范围以及考虑松动区动态演变对松动土压力的影响等方面的研究尤待深入.利用Trapdoor试验对砂土拱效应滑移面轮廓及演变开展研究,获得滑移面几何轮廓及其演变模式在不同填土高度、活动门下移和宽度以及砂料密度下的表征区别.通过界定滑移面影响范围内松动核心区域,提出基于核心区几何形状的松动应力计算方法.分析松动应力-活动门下移曲线特征,以揭示最大、最小拱状态条件下的曲线特征随填土高度、活动门下移和宽度以及砂密度的变化规律.研究结果表明:1)滑移面轮廓随活动门下移的演化过程为三角形—子弹头形—椭圆形,填土高度越高,活动门宽度越小,初始和次级滑移面轮廓越尖锐;2)初始、次级滑移面高度随活动门下移递增,第Ⅲ级滑移面拐点高度随活动门下移递减,初始、次级滑移面夹角随活动门下移先增后减,第Ⅲ级滑移面上半夹角与下半夹角均随活动门下移递增;3)随着填土高度的增加,松动核心区形状演化过程为三角形—梯形—矩形,核心区高度为填土高度的0.5倍~0.8倍,核心区夹角与核心区面积均随内摩擦角的增加近似线性递减;4)基于核心区面积的松动应力计算方法相比,Terzaghi等方法更具适用性,且其适用于计算低填土试验组的临界应力和高填土试验组的极限应力.研究成果为更精确地描述砂土松动区的位移破坏模式及其界定标准以及松动区稳定性评价提供参考.

考虑荷载间歇的粉土填料变形行为及临界弹性应变分析

路基受到的动荷载由列车通过时的连续性周期荷载与列车未通过的荷载间歇组成,大多数对路基填料变形特性的研究中忽略了荷载间歇的存在,无法正确认识列车荷载对路基的作用特征。为了对间歇性循环荷载作用下的重载铁路路基粉土填料变形特性进行研究,开展不同动应力、含水率及围压条件下连续性循环荷载和间歇性循环荷载的动三轴对比试验,探讨荷载间歇对粉土填料累积塑性应变及弹性应变的影响,分析间歇加载下粉土填料的弹性应变变化规律。试验结果表明,荷载间歇显著影响粉土填料的累积塑性应变大小和变形行为;间歇阶段的存在使得粉土填料抵抗弹性变形和破坏的能力得到提升;间歇加载下粉土填料的弹性应变随动应力幅值和含水率的增加而增大,随围压的增大而减小。通过对间歇加载下试样的不同变形行为类型进行分析,得到不同安定状态下的临界弹性应变的取值,试样为最优含水率、天然含水量及饱和含水率时,安定极限弹性应变分别为0.14%,0.11%及0.09%,蠕变极限弹性应变分别为0.30%,0.17%及0.13%。研究结果拓展了安定理论的适用性,为认识和评价重载铁路路基的变形行为提供参考。

基于柔性边界的非饱和接触模型参数标定方法

离散元法(DEM)是研究非饱和土力学性质的重要方法,其模拟的可靠性取决于非饱和接触模型细观参数的准确标定。目前,对非饱和接触模型细观参数的标定方法缺乏系统研究。本文提出一种基于柔性边界的标定离散元(DEM)中非饱和接触模型细观参数的方法,对非饱和接触模型细观参数进行系统标定,并通过参数敏感性分析揭示了非饱和接触模型中细观参数与宏观力学性质的相关性。首先,通过正交试验设计对细观参数的取值范围进行优化,分析细观参数对宏观响应的敏感性,结果表明:非饱和土的割线模量E_(50)主要受摩擦系数μ、吸力ψ、杨氏模量E的影响,影响程度为μ>ψ>E;非饱和土的峰值强度Sp主要受吸力ψ、摩擦系数μ的影响,其影响程度为ψ>μ>E。其次,根据敏感性分析结果确定相关宏观响应的显著影响参数,利用基于中心复合试验设计(CCD)的响应面分析方法建立非饱和土宏观力学参数与显著影响参数之间的回归方程。再次,根据回归方程建立非饱和土细观参数的最优化模型,使用MATLAB中的FMINCON函数对其进行求解,获得细观参数的最优解。最后,利用获得的最优参数,模拟不同围压下非饱和土的三轴试验并与试验结果进行对比,验证所标定参数的有效性。该方法可为进一步分析非饱和土的细观力学性质提供基础。

风积沙—土工格栅界面特性离散元研究

风积沙作为路基基床底层填料,已应用于沙漠铁路建设中,但国内外鲜有针对风积沙-土工格栅加筋结构的研究。为了研究风积沙-土工格栅界面宏细观特性演化过程及筋材的力学特性,基于三维空间模型,对土工格栅加筋风积沙拉拔试验展开数值模拟,并与室内试验对比分析。通过观测试样状态,分析拉拔阻力、格栅分段应变、配位数、局部孔隙率、应力链演化、组构各向异性演化等宏细观特性。研究结果表明:采用抗转动接触模型模拟风积沙颗粒间接触,所得拉拔力—拉拔位移曲线比较平顺,相比之前的研究更接近实际情况。拉拔结束后,越靠近拉拔端,格栅应变越大,格栅后端几乎没有应变。在筋土界面内,配位数明显降低,孔隙率明显升高,呈负相关,在界面外,两者变化则不明显。剪切带整体厚度为模拟颗粒中值粒径的4.93~5.79倍,界面内发生的剪胀程度不同,上界面剪切带厚度大于下界面剪切带厚度。上覆荷载对剪切带的分布有明显影响,当法向压力低于30 kPa,随着法向压力的上升,剪切带上下界面的不对称性减弱,最大平均水平位移和剪切带整体厚度迅速减小。当法向压力在30~90 kPa内,随着法向压力的上升,上下界面剪切带厚度差值、最大平均水平位移逐渐减小,剪切带整体厚度变化较小并趋于稳定。研究结果可为沙漠铁路路基设计提供一定参考。

东江大桥嵌岩桩承载性能试验研究

报道了东莞东江大桥两根大直径嵌岩桩桩基承载力试验,探讨了嵌岩桩荷载传递规律,分析了桩端阻力和桩侧摩阻力随荷载的变化规律和桩底注浆对桩端附近侧阻力和端阻力的影响,得到了桩端附近侧摩阻力与相对位移的关系。结果表明,两桩桩底存在沉碴,Q–s曲线呈双折线型;桩端压浆对提高嵌岩桩的极限承载力效果显著,对减小桩基沉降有作用,不是明显;桩端附近侧摩阻力与相对位移的关系为加工软化型或抛物线型,桩底注浆对侧摩阻力与相对位移的关系有影响。

路基填土对桥台桩基影响的试验与数值仿真分析

台后路基荷载会使地基软弱下卧层发生压缩和水平移动,致使桥台桩基的受力性状非常复杂。在现场测试结果的基础上,建立了三维有限元模型,模拟了台后路基荷载作用下桥台桩基的受力性状,并与实测结果进行了对比分析。结果表明,有限元计算结果与实测结果较为一致。中间桩排和后排桩桩身最大弯矩与台后路基荷载的关系呈双折线型,与Stewart等提出的一致,但双折线转折点所对应的路基填土荷载并不一致。中间桩排的填土荷载为软土层固结不排水黏聚力强度ccu与土层厚度的加权平均值的3.34倍,后排桩约为2.22倍;前排桩的最大弯矩与路基填土荷载呈线性变化。桩顶变形与台后路基荷载呈非线性关系,可以分为两部分。前排桩桩身最大弯矩位置一直在软土层中,不随台后路基荷载变化;而后排桩桩身最大弯矩位置在台后路基荷载较小时位于软土层中,随着台后路基荷载的增大,最终出现在桩顶。

重载铁路过渡段路基动力响应特性试验研究

掌握列车移动荷载作用下路基的动力响应特性可为路基沉降预测,状态评估提供依据。开展重载铁路过渡段路基动力响应测试,研究动位移峰值沿线路纵向及边坡方向的变化规律,分析路肩处动位移峰值的随机分布规律。研究列车动荷载作用下路基的动力响应特征,并揭示振动能量沿路基边坡的衰减规律。结果表明:列车动荷载对路基的作用具有明显的周期性,可将相邻车厢的两个前后转向架作为一个加载单元,在该加载单元的重复作用下路肩处的动位移峰值服从正态分布。重载列车动荷载作用下路基的振动频率主要分布在0～20Hz范围内,振动能量从路肩向坡脚方向衰减剧烈,基床层受列车动荷载影响显著,而基床以下路基受列车动荷载影响非常微小。分析结果有助于评估列车荷载作用下路基的瞬时及长期动力稳定性,同时为采用模型试验及数值分析手段研究路基动力响应特性时准确模拟重复列车动荷载提供了思路。