Analytical solutions of steady vibration of free rectangular plate on semi-infinite elastic foundation

The method of double Fourier transform Was employed in the analysis of the semi-infinite elastic foundation with vertical load. And an integral representations for the displacements of the semi-infinite elastic foundation was presented. The analytical solution of steady vibration of an elastic rectangle plate with four free edges on the semi-infinite elastic foundation was also given by combining the analytical solution of the elastic rectangle plate with the integral representation for displacements of the semiinfinite elastic foundation. Some computational results and the analysis on the influence of parameters were presented.

Analysis of ground vibrations induced by high-speed train moving on pile-supported subgrade using three-dimensional FEM

The pile-supported subgrade has been widely used in high-speed railway construction in China.To investigate the ground vibrations of such composite foundation subjected to moving loads induced by high-speed trains(HSTs),three-dimensional(3D)finite element method(FEM)models involving the pile,pile cap and cushion are established.Validation of the proposed model is conducted through comparison of model predictions with the field measurements.On this basis,ground vibrations generated by HSTs under different train speeds as well as the ground vibration attenuation with the distance away from the track centerline are investigated.In addition,the effects of piles and pile elastic modulus on ground vibrations are well studied.Results show that the pile-reinforcement of the subgrade could significantly contribute to the reduction of ground vibrations.In particular,the increase of elastic modulus of pile could lead to consistent reduction of ground vibrations.However,when the pile elastic modulus is beyond 10 GPa,this benefit of pile-reinforcement on vibration isolation can hardly be increased further.

滑坡作用下埋地管道的弹塑性地基反力解析法

目前关于弹塑性地基中滑坡段埋地管道的解析计算研究较少,计算结果不够精确。为探讨滑坡段埋地管道与土体接触的非线性特征,基于地基反力法,采用简化的弹塑性本构模型来模拟非线性管-土的相互作用,提出了埋地管道与土体相互作用的弹塑性地基反力解析法控制方程组,根据管道变形的连续性条件及边界条件求得管道挠度和内力的解析解,对管道变形和内力进行计算。结合算例进行分析,选取不同参数,探讨了地基反力系数k 0对管道变形和内力的影响。研究结果表明:随地基反力系数的增大,管道最大挠度、滑体中部管道弯矩及Mises应力逐渐减小,滑坡周界处管道弯矩及Mises应力逐渐增大;地基反力系数增大,土体对管道约束作用加强,从而引起管道挠度和内力的变化。与Winkler地基反力法相比,基于弹塑性地基反力法的滑坡作用下管道力学分析理论上更为严谨,有效地提高了计算精度。

路基荷载下倾斜椭圆形空洞的稳定性评价及因素影响分析

为了防止严重威胁公路安全的采空区发生二次活化导致道路灾害,采用应力叠加法,将基于Boussinesq方程计算所得路基荷载下的附加应力场与初始应力场叠加,得到洞周任意一点的应力状态;利用Mohr-Coulomb强度准则得到空洞稳定性,通过与已有研究结果对比,验证稳定性评价的可靠性;利用二分法计算椭圆形空洞保持稳定时所能承受的最大路基荷载,并探讨路基荷载宽度比、路基荷载偏心距比、椭圆形空洞长短轴比和椭圆倾角等因素对椭圆形空洞稳定性的影响。结果表明:当椭圆形空洞长轴沿水平方向时,椭圆形空洞长短轴比和路基荷载的增大对椭圆形空洞造成应力集中效应叠加,使得最大路基荷载随长短轴比的增大而减小;当椭圆形空洞长轴沿竖直方向时,初始应力场与附加应力场引起的水平方向的应力集中效应互相削弱,含椭圆形空洞地基能承受更大的路基荷载。

桩承式路基双向受荷桩设计分析方法研究

研究目的:为系统研究桩承式路基双向受荷桩工作机理及设计分析方法,确定水平荷载以及桩体轴力共同影响下的双向受荷桩承载关键影响因素,综合运用线弹性、水平土拱、弹性地基梁等基本理论以及有限差分方法,建立并求解桩承式路基双向受荷桩内力变形分析模型,揭示水平地基系数、桩体轴力、边界约束及桩长等因素对双向受荷桩变形及内力的影响规律,形成完整的桩承式路基双向受荷桩设计分析流程。研究结论:(1)桩承式路基路堤范围内桩体处于弯压受力状态,表现为双向受荷被动桩承载特征,通过水平土拱以及有限差分法可实现双向受荷桩内力与变形的精确计算;(2)“m”方法关于双向受荷桩内力变形的分析结果偏于安全,层状地基分段“K”方法能更好地体现地基软弱夹层的影响;(3)桩体轴力对双向受荷桩承载性能的影响很小,桩承式路基双向受荷桩设计中可不考虑桩体轴力大小及分布形式的影响;(4)桩顶约束对双向受荷桩承载性能的影响高于桩端约束,桩端可统一采用自由约束边界,桩顶嵌固约束可引起桩顶内力的较大集中;(5)桩体长度对双向受荷桩承载性能的影响存在限值,桩端一般应超过桩体水平荷载最大的区域,应避免出现短柱桩承载情形;(6)本研究结论可为桩承式路基双向受荷桩设计提供理论支撑和方法依据。

铁路荷载下平潭滨海相软土动力变形及强度特性试验研究

平潭地区滨海相软土渗透性低、结构性较强,目前对其动变形特性研究较少,基于该现状,以福平铁路路基工程为研究背景,利用GDS动三轴系统展开循环动应力试验,研究不同频率、围压及动应力幅值下平潭滨海相软土动变形特性变化规律。试验结果表明滨海相软土动弹性模量随频率、围压提高而增大,采用修正Kondner模型能较好拟合动弹性模量倒数随动应变的变化关系,建立最大动弹性模量归一化模型,研究不同频率、围压下滨海相软土动强度变化规律,分析不同破坏振次下土体抗剪强度指标,结果可为相关工程及研究提供重要基础数据与参考。

列车荷载下风积沙填料弹性应变及预测模型

随着我国沙漠铁路不断向沙漠腹地修建延伸,取得路基填筑所需级配良好填料的运距逐渐增加,导致铁路建设投资大幅提高,因此就地取材采用风积沙填筑路基已成为一种趋势,但在循环荷载作用下风积沙填料的弹性应变规律还不明确。为研究循环荷载作用下风积沙填料的弹性应变规律,结合和若铁路列车运行工况,开展一系列考虑动应力幅值、围压、压实系数、含水率及频率等弹性应变影响因素的循环荷载试验,建立与土体性质、围压及循环动荷载参数相关的风积细砂填料弹性应变预测模型。试验结果表明,细砂填料的弹性应变变化规律与动应力幅值、围压、压实系数、含水率、频率等因素有关:动应力幅值的增加会加剧细砂填料弹性应变的发展;通过提高围压、压实系数可有效改善细砂填料动力性能,减小弹性应变的发展;随着含水率的增加,细砂填料试样的弹性应变先减小后增大,天然含水率和饱和含水率试样的弹性应变较为接近,最优含水率试样弹性应变最小;频率对细砂填料应变的影响与围压有关,围压较小时频率与应变负相关,围压较大时频率与应变正相关。采用弹性应变预测模型对典型试样结果进行预测,取得了良好的预测效果。研究结果可为沙漠铁路风积沙路基结构优化及长期动力稳定性评估提供理论支持。

公路路基工程用混凝土抗冻性能评价

为了提高寒冷地区公路路基工程用混凝土的抗冻性能,以混凝土结构的质量损失率和相对动弹性模量为评价指标,重点考察了混凝土的水灰比、粉煤灰掺量以及引气剂掺量对其抗冻性能的影响。实验结果表明:混凝土的水灰比越大,其抗冻性能相对就越差;混凝土中粉煤灰的掺量越大,混凝土的抗冻性能相对越差;而混凝土中的引气剂掺量越大时,混凝土的抗冻性能相对越好。当混凝土的水灰比控制在0.35、未掺粉煤灰、引气剂的掺量为2 kg·m^(-3)时,混凝土试件经过100次冻融循环后的质量损失仅为0.12%,而相对动弹性模量则仍能达到70.5%,混凝土的抗冻能力较强。建议在寒冷地区公路路基工程的施工过程中,应尽可能地降低混凝土的水灰比,减少粉煤灰等掺合料的掺量,提高引气剂等外加剂的掺量,以最大限度地提高寒冷地区公路路基工程用混凝土结构的抗冻性能,延长其使用寿命。

考虑地基模量选取弹性模量修正参数的高速铁路复合地基路基沉降预测

高速铁路路基沉降的精准预测对于铁路运行安全具有重要意义。提出一种考虑地基模量选取弹性模量修正参数的复合地基路基沉降预测方法,通过MidasGTS-NX有限元软件数值模拟,应用于昌景黄高速铁路段路基沉降预测,与现场监测进行对比,其预测误差控制在10%以内,表明该方法具有一定的可靠性。应用于多线并行既有石济客专铁路复合地基路基沉降预测,结果表明:最大沉降位移达到32mm,分别出现在上、下行联络线路肩位置处,整体变形趋势由右向左逐渐增大,左线中心、路基面中心、右线中心最大沉降值分别为21、17、16mm,沉降预测值符合规范要求。

嵌岩桩水平承载力计算方法的分析比较

对现有的嵌岩桩水平承载力的计算方法及理论,包括地基反力法和弹性连续体法等进行了分析阐述,基于现场原位试验数据,对不同计算方法得到的结果进行了比较,在此基础上讨论了不同计算方法的适用范围和局限性.分析结果表明:地基反力法经验性较强,其中常数法、Matlock法(m法)等单一参数的弹性地基反力法较为简便,且m法的计算结果与实际情况更为接近,但对于嵌岩桩在缺乏现场试验数据时其参数选取较为困难;p-y曲线法考虑了地基的非线性反应,更适合大变形桩,但也存在高估岩体刚度的情况,缺乏更多验证;弹性连续体法考虑了岩石地基的连续性,但未能考虑到实际工程中的复杂效应.

冻融循环作用下黄土动态回弹模量研究

动态回弹模量是计算路基承载力的重要指标。为揭示冻融循环作用下路基黄土动态回弹模量的变化规律,对西宁地区路基黄土开展动态回弹模量试验研究。结果表明:增大围压和减小动偏应力可显著提高试样的动态回弹模量;动态回弹模量随冻融循环次数的增加不断衰减;动态回弹模量在相邻梯度含水率的衰减趋势近似线性变化;随着冻结温度的降低,试样的动态回弹模量出现先增长后下降的趋势。通过方差分析,各因素对动态回弹模量的影响由高到低依次为冻融循环次数、含水率和冻结温度,基于试验数据分别采用NCHRP1-28A模型和Ni模型进行拟合,发现Ni模型拟合效果较好。研究成果可为季冻区路基黄土动态回弹模量范围选取提供参考依据。

红砂岩路基变形特性分析

为研究红砂岩路基变形特性,依托工程案例采用有限元软件进行模拟分析。分析计算结果得出:红砂岩填料弹性模量对路基沉降影响较大,但随弹性模量不断增加影响下降。随红砂岩填料黏聚力的增加路基中心位置沉降量下降幅度较小,说明黏聚力对路基变形影响较小。随路基填筑高度的增加,路基沉降和水平位移明显增加,但增幅有下降趋势。

被动状态下地埋管线的地基模量

地下工程基坑、隧道开挖产生的自由土体位移场会引起周边地埋管线(如市政给排水管线、煤气管道等)产生附加变形并受力。基于Winkler地基模型的位移控制分析方法,将自由土体位移作为外部荷载即被动位移施加于管线上,管线与土体的相互作用采用Winkler地基弹簧模拟,弹簧常数一般根据Vesic公式得到。在基于弹性理论的推导中,Vesic公式的前提条件是弹性地基梁置于弹性半空间地表,竖向集中力或弯矩(主动荷载)置于梁的中心位置,这与地埋管线的一定埋深以及位移的施加情况是不一样的。为考虑上述2种因素对Winkler地基模量的影响,进行相应的理论探讨,提出考虑埋深影响的位移作用下地基模量的理论公式,并基于该地基模量进行隧道开挖对邻近地埋管线影响的位移控制理论分析。通过与弹性理论法、离心机试验以及实际工程观测结果的对比,验证该方法的合理性和正确性。

交通荷载下路基土中动应力响应特征分析

为分析路基土的动力响应特征,结合层状黏弹性体系理论,借助黏弹性运动方程和用复柔量表征应力应变关系的本构方程,采用传递矩阵法建立层状黏弹性路基土响应行车荷载的力学行为分析模型,利用实测数据对模型进行了验证。基于该模型和静力学理论,考察了路基土中动静应力随深度的分布规律,探讨车辆荷载强度、荷载频率、循环加载次数、路基深度、土层复柔量、土层密度等因素对路基土中竖向动应力的大小及分布特征的影响,得到了一些有益的结论。

被动桩与土相互作用解析计算研究

为解决被动桩–土相互作用的力学问题,基于土体弹性假设及Winkler地基模型,分析了抗滑桩与土体相互作用机理,提出被动桩与土相互作用的弹性地基梁模型控制方程组,推导了桩身力学响应的数学解析表达式,编制MATLAB计算程序进行桩内力计算,并与现场监测数据进行了对比,结果验证了本文解析方法是可靠的;最后将该模型应用于深圳中荣煜滑坡治理的抗滑桩设计计算中,探讨了地基水平抗力系数,滑坡剩余推力及其分布函数,对抗滑桩内力和挠度的影响,计算结果表明:在滑坡剩余下滑力相同的条件下,各种不同分布形式中三角形分布将产生大的弯矩,抛物线分布次之,均匀分布最小,悬殊比率大,达47%;相同地基水平抗力条件下,均匀分布桩顶挠度大于三角形和抛物线分布;这些研究成果可为优化抗滑桩的结构设计及内力计算提供理论依据。

考虑空间作用对地下连续墙弹性支点法的改进

对深基坑挡土结构地下连续墙的弹性支点分析法作了改进，提出了能考虑地下连续墙空间作用的拟空间弹性支点法，运用虚位移原理推导出考虑空间作用的杆单元刚度矩阵。计算结果表明新的方法比传统的弹性支点分析法更为合理。

长期交通荷载作用下路基沉降的实用计算方法

目前尚没有方法能很好地预测长期不规则交通荷载引起的路基沉降变形。土在长周次微小振幅荷载作用下产生塑性变形的机理尚不清楚,现有弹塑性理论也很难描述这种变形。基于等价黏弹塑性模型的理论,提出了一个实用的预测长期交通荷载作用下路基沉降的计算方法。等价黏弹塑性模型由两部分组成:一部分为黏弹性模型,用于计算地基的动力响应,采用了Ramberg–Osgood动剪切模量公式和Hardin-Drnevich阻尼比公式;另一部分为计算残余应变的经验公式。根据动三轴试验所揭示的无黏性土在长周次循环荷载作用下的变形特点,以及移动荷载作用下路基土单元动应力过程的特点,建立了本模型中计算残余应变的经验公式。在得到各单元的残余应变后,可结合有限元方法计算得到路基的沉降。

季冻区路基土静动模量关系研究

为了分析路基土动弹性模量和静弹性模量的相关性,针对3种不同塑性指数的季冻区路基土,在最佳含水量状态下制成压实度大于95%的试件,在不同围压条件下进行了静、动三轴试验,得出了经历不同冻融循环次数的路基土静、动弹性模量,分析了围压、冻融循环次数对静、动弹性模量的影响规律;基于统计方法,建立了采用静弹性模量推导其动弹性模量的数学表达式。结果表明:随着围压和塑性指数的增大,试件的静、动弹性模量逐渐增大,随着冻融循环次数的增加,其静、动弹性模量逐渐下降最后基本趋于稳定;季冻区路基土静弹性模量与动弹性模量之间具有良好的相关性。研究结果说明了季冻区路基土的静、动弹性模量并没有本质区别,只是在不同加载条件下的力学性质表现。

预制混凝土支护管桩在深基坑工程中的应用

先张法预应力预制混凝土支护管桩作为一种新型的基坑支护桩,具有桩身质量好、强度高和成桩可靠等特点值得推广与应用。基于基坑位移计算方法,分析了采用预应力预制混凝土支护管桩进行基坑支护,影响其位移变化的参数,并结合南京邮电大学科研综合楼基坑工程实例,介绍了支护桩的布置方式,对比了基坑位移的理论计算值与实测值,结果表明:计算位移变化平缓,最大值约在17.0~23.2 mm之间;现场实测的最大水平位移值在16.10~21.50 mm之间,二者数值接近,变化规律基本一致,证实了预应力预制混凝土支护管桩用于基坑支护的可靠性和有效性,值得在同类工程中参考。

考虑层间效应的无砟轨道复合板温度荷载效应计算方法研究

既有无砟轨道结构温度应力解析计算方法,多基于Winkler弹性地基梁理论对无砟轨道各层应力进行分析,而对层间温度梯度不同带来的影响考虑较少。目前无砟轨道温度荷载效应研究多采用有限元方法,不利于工程设计。本文在结合既有混凝土梁温度应力计算方法的基础上,考虑层间黏结效应及层间温度梯度的不同,提出无砟轨道翘曲应力计算新方法。对采用新方法得到的计算结果与有限元模型计算结果进行了对比。结果表明:根据新方法计算得到的应力与变形分布规律和有限元模型计算得到的结果吻合较好,验证了新方法的可靠性。文中还对新方法的应用条件进行了讨论,给出了该方法应用于多种无砟轨道时的适用条件。