新型预应力路堤侧压力板设计间距研究

基于Boussinesq和Cerruti公式推导的水平附加应力计算公式,提出新型预应力路堤加固薄弱点O处的附加应力分析方法。通过大量工况计算获得多块侧压力板联合作用下预应力路堤薄弱区域内薄弱点O处水平附加应力的扩散规律,并以该点处附加应力作为预应力加固的控制下限,探索侧压力板布置间距的设计方法。研究研究表明:1)单块侧压力板上、下板角不同外延面内的水平附加应力系数K均随水平深度系数hc的增加先增大后减小;2)加固薄弱点O处的附加应力系数KO可根据相邻4块侧压力板的附加应力扩散效应叠加求得,且在不同侧压力板间距下,KO均随hc的增加先增大后减小,即KO与hc的关系曲线均存在峰值点;3)定义侧压力板沿路堤坡向和纵向的净间距与板宽之比分别为净间距系数a和b,发现在不同路堤坡率及加固系数KP下,薄弱点O处的水平附加应力有效扩散深度系数hcp均分别随b和a的增大呈线性递减和线性递增关系,同时b和a呈指数型负相关关系;4)通过多元拟合分别建立了hcp与b(或a)以及b与a的函数关系式,可依据拟合关系设计侧压力板的布置间距。

预应力路堤附加围压场与围压增强效应

利用ABAQUS建立预应力路堤(PE)三维有限元模型,以侧压板(LPP)宽度1.2 m,边坡坡率1∶1为例,分析其内部附加围压场的分布特征.结果表明:随距路堤坡面水平向深度增加,板体覆盖侧附加围压由浅层“腹鼓形”差异分布逐渐过渡至深部的较均匀分布;板体3个外延区的附加围压均随坡面水平向内深度先增后减,以不同峰值围压扩散角将预应力扩散至路堤受荷核心区,且峰值扩散角依次为:板外上侧<板外左、右两侧<板外下侧.基于强度折减法,分析预应力路堤整体稳定性能,并探寻板间距的优化设计方法和思路.开展典型路堤填料的系列静动三轴试验,论证预应力加固结构能有效提高填料的静动力抗载和抗变形性能,并建立填料临界动应力与围压间的经验式,可以为补强铁路路堤土围压提供参考.

预应力路堤侧压力板间距确定方法初探

侧压力板的间距合理布置是新型预应力路堤加固法需要解决的关键问题。基于水平附加应力计算公式,建立多块侧压力板联合作用下薄弱加固区域内薄弱点O处的水平附加应力计算方法,通过大量计算获得薄弱点O处水平附加应力的扩散规律,并探索侧压力板布置间距的设计方法。研究结果表明:1)通过引入侧压力板沿路堤坡向净间距V与板宽W之比a(=V/W),沿路堤纵向净间距H与W之比b(=H/W)和计算点水平深度h与W之比h_(c)(=h/W)3个无量纲参数,可将不同板宽下单块侧压力板在薄弱点O处的水平附加应力扩散规律归一化统一表示;2)不同板净间距系数a(或b)下,薄弱点O处的水平附加应力系数K_(O)均随水平深度系数h_(c)的增加先增大后减小,并在有效扩散深度系数h_(pc)处达到最大值K_(p),各峰值点相连可形成一条光滑的峰值迹线;3)不同工况下,h_(pc)~a均呈抛物线递增函数关系,h_(pc)~b则均呈抛物线递减函数关系。4)不同工况下,h_(pc)~a和h_(pc)~b的关系图表综合形成了预应力路堤侧压力板的间距设计方法,可依据具体工程需求结合图表设计侧压力板的布置间距。研究成果可为预应力路堤侧压力板的布置设计提供一种快速且简便的设计方法。

铁路预应力路堤加固技术数值研究

研究目的:铁路预应力路堤在国内外尚属一种新型路基加固法,其受力变形特性暂未得到系统化研究,相关加固设计理论仍处于探索性阶段。因此,有必要通过数值手段了解预应力路堤的工作状态,以掌握其加固性能。鉴于此,借助ABAQUS软件平台构建预应力路堤仿真系统,分析差异化预应力加固参数对路堤变形和承载能力的影响以及预应力加固构件的受力特征。研究结论:(1)路堤本体段坡面较优加固位置为距本体顶面以下0.3倍本体高度处;(2)坡率1∶1的预应力路堤在第1、2排侧压板分别施加50 k Pa、100 k Pa预压荷载时,其变形与承载力均可达传统路堤(坡率1∶1.5)水平,并可通过提升加固标准进一步强化路堤承载性能;(3)当对第1、2、3排侧压板分别施加50 k Pa、100 k Pa、100 k Pa预压荷载时,路堤内部附加围压S11>13.5 k Pa区域大致呈"x"形分布并形成横贯路堤的"预压加固区";(4)侧压板锚固区受力集中且复杂,应注意保障锚固区板体强度;(5)力筋在路堤加载前后的应力变化量与坡面侧向变形特征相关;(6)本研究成果可为铁路预应力路堤的加固设计提供技术指导。

基于附加应力扩散效应的新型预应力路堤稳定性分析

稳定性分析是路堤设计中的关键环节。针对新型预应力路堤,提出一种基于极限平衡状态计算其边坡安全系数的新方法。该方法主要包含滑动面附加应力计算法与等效条间力计算法。基于弹性理论近似推导预应力路堤内潜在滑动面上的附加应力解析公式,并通过应力状态分析得到滑动面上任一点处的法向和切向附加应力计算式。结合滑动面附加应力计算法、条分法及等效条间力计算法,并考虑铁路路基受荷特点,提出新型预应力路堤稳定性分析的极限平衡法。该方法适用于任意形状滑裂面,计算公式简便,且分析过程无需迭代试算。算例分析表明:预应力在路堤潜在滑动面上引起的附加应力并非全部起抗滑作用,局部小区域存在促滑效应。相较于传统极限平衡法对预压应力的处理方式,提出的方法考虑了预应力的连续扩散效应,所得安全系数偏于安全。最后,采用数值方法进一步论证了方法的可靠性。

落石冲击下预应力加筋土路堤变形及荷载传递机制

针对偏远山区素填土公路在落石冲击下易产生大面积凹陷破坏的问题,提出运用预应力加筋土路堤解决的方法。为了探究预应力加筋土路堤在落石冲击下的变形性能、力学响应规律和荷载传递机制,设计并实施了落石冲击作用下预应力加筋土路堤和素填土路堤对比模型试验。试验发现:预应力加筋土路堤中形成的凹坑尺寸明显小于素填土路堤,体现了预应力加筋土路堤良好的抗冲击变形性能;随着冲击次数的增加,路堤刚度逐渐增加,导致路堤内部冲击附加应力时程曲线逐渐由“抛物线型单峰”转变为“双峰”分布,且预应力加筋土路堤工况中“双峰”的出现早于素填土路堤;落石在预应力加筋土路堤中的冲击力持续作用时间小于其在素填土路堤中的持续作用时间,且分布更趋均匀,更有利于冲击荷载的扩散;随着冲击次数的增加,预应力加筋土路堤内部冲击力传递率呈先增加后减小的变化趋势,与筋材变形规律一致。结合Levenberg-Marquardt优化算法得到了关于凹坑尺寸和冲击次数的预测方法,可为预应力加筋土路堤在崩塌灾害多发地区的工程应用提供借鉴,为工程预警提供参考。