季节性冻土区铁路接触网立柱桩基础冻胀变形数值模拟研究

季节性冻土区铁路接触网基础常因土体冻胀影响,发生拔起、倾覆等工程病害,严重影响电气化铁路供电安全与平稳运营。为分析接触网基础受土体冻胀的影响过程,本研究基于热-力耦合理论,考虑土体冻胀正交各向异性、温度对路基土体冻胀率的影响等关键因素,选取川藏铁路沿线昌都、康定、理塘三地区全年气温变化条件,分析全年不同时期接触网立柱基础冻胀变形特征。结果表明:桩基整体呈现上拔、外倾趋势,桩基整体位移量与冻深呈现正相关关系,而冻深与全年气温条件显著相关。建议可以通过保温隔热等防护措施减小冻深,从而达到改善桩基冻胀变形,提高基础冻胀抗拔稳定性的目的。

单向冻结条件下扩底桩抗冻拔能力试验研究

采用单向冻结的方法,针对季节冻土区扩底桩的抗冻拔能力,分别选取不同扩角(无扩角直桩、45°、60°、70°)和不同埋深(240、290、340 mm),以及不同扩底直径(74、98、114 mm)的扩底桩开展室内试验研究。根据试验及计算结果,3组试验的最终冻结深度分别为19.51、14.36、14.80 cm。不同扩角扩底桩的最终冻拔量基本相同,且仅为直桩的28.3%;扩底桩的最终冻拔量随着埋深的增大并非按照比例减小,但随扩底直径的增大基本按比例减小。桩的冻胀量变幅随冻结深度的增大呈先增大后减小的趋势,且与土体的冻结速率呈负相关关系。直桩的冻拔速率随冻结深度先增大后迅速减小,扩底桩的冻拔速率随冻结深度呈先增大后稳定减小的趋势。土体冻胀在桩的约束下呈漏斗形,扩底桩对桩侧土的约束冻胀明显强于直桩,间接说明了扩底桩的抗冻拔能力优于直桩。根据冻结过程中土的冻结速率和桩的冻拔量的变化规律,提出将桩的抗冻拔因子作为桩抗冻拔性能的评判标准,对不同影响因素下扩底桩的抗冻拔效果进行分析,结果表明:扩角对桩的抗冻拔能力影响较小,埋深和扩底直径的增大可提高桩的抗冻拔能力。综合比较,影响扩底桩抗冻拔性能最主要的因素是扩底直径,其次为桩的埋深,影响最小的是桩的扩角大小。试验结果及分析可为季节冻土区扩底桩的抗冻拔设计及理论计算提供参考。