列车运行引起的非饱和路基动力响应分析

采用2.5维有限元方法分析非饱和路基对地面振动的影响。结合非饱和多孔介质的质量守恒方程和动量守恒方程,推导了非饱和路基2.5维有限元控制方程,建立了非饱和路基2.5维动力分析模型。轨道和路堤采用欧拉梁模拟,采用粘滞阻尼吸波边界减小有限元边界反射。分析了列车运行速度、路基孔隙率和路基饱和度对孔隙水压力、孔隙气压力和地面振动的影响。结果表明:饱和度对非饱和路基孔隙水压力的影响较大;列车速度和饱和度对孔隙气压力均有一定影响。由于孔隙水压力和气压力的影响,近轨道中心处非饱和路基振幅小于弹性路基;距轨道较远处,非饱和路基地面振幅大于弹性路基。

压路机-非饱和路基耦合系统振动信号特征分析

为研究一种快速、无损、连续的施工期路基回弹模量检测方法,在考虑振动压路机结构特征和路基非饱和特性的基础上,建立了压路机-非饱和路基耦合振动分析系统,提出了以压路机振动轮振动加速度作为指标反馈施工期路基回弹模量的新方法。利用Fourier变换对非饱和路基的动力控制方程进行了力学求解,结合接触面边界条件得到了压路机和路基之间的相互作用力,进一步推导得到了压路机振动轮竖向加速度和路基振动响应在变换域内的解析解。最后,利用Fourier逆变换进行了空间-时间域内的数值求解,分析了压路机振动频率、路基饱和度和回弹模量对压路机振动轮及路基内部振动信号的影响规律。研究结果表明:当压路机振动频率大于共振频率时,随路基回弹模量的增大,振动轮竖向加速度基本成线性增大。当振动频率为28Hz路基土回弹模量从40MPa增大到100MPa时,振动轮竖向加速度幅值增加达到了60.1%。因此通过振动轮竖向加速度信号反馈施工期路基回弹模量是合理可行的,为施工期路基回弹模量检测提供了理论基础。

冻融条件下非饱和路基土的强度及微观特性研究

为探究非饱和路基粉质黏土在冻融条件下的强度及微观特性的影响,对路基非饱和粉质黏土进行了冻融循环试验、非饱和土直剪试验、氮吸附试验,结果表明:非饱和土强度随冻融循环的增加呈先减小后趋于稳定的趋势,冻结负温为-10℃黏聚力降低最明显,通过BET法求得试样经历不同外部条件影响后的比表面积值,根据氮吸附试验的等温线计算出非饱和路基土的分形维数,试验试样的比表面积与分形维数都随冻融循环次数的增加先增大后减小,冻融循环3次时达到最大值,随冻结负温的降低而降低。从微观的角度解释了非饱和路基粉质黏土经多次冻融循环后,基质吸力对非饱和土的黏聚力影响的原因。

基于电阻率法的非饱和路基水汽迁移试验研究

非饱和土路基中水分的迁移不仅以液态形式发生,同时也会以气态形式发生,水汽的耦合迁移作用会在路基长期运营过程中对路基的长期稳定性及服役性能造成严重影响。因此,开展了针对典型非饱和土路基的电阻率测试及水汽迁移试验,研究了初始含水率和初始压实度对电阻率的影响,揭示了水汽迁移过程中非饱和土路基的电阻率变化规律,建立了电阻率-含水率模型。研究结果表明:随着含水率、压实度的增加,黏性土的电阻率均减小,呈指数特征,且电阻率对含水率这一影响因素更为敏感。随着迁移时间增加,土体顶部电阻率越来越小,土体底部电阻率越来越大。不同初始含水率试验,初始含水率增大,顶部土壤电阻率衰减率先增大后减小。不同压实度试验,压实度越大,土体顶部电阻率降低程度越小。电阻率-含水率模型计算结果与试验数据较吻合,模型拟合程度良好。

考虑非饱和路基性能劣化的路表振动响应研究

为了给应用落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer,简称FWD)准确识别路基性能劣化提供理论基础,建立了考虑路基非饱和特性的弹性层状路面在FWD荷载作用下的振动响应计算模型。通过Laplace-Hankel变换对模型的动力控制方程进行了推导求解,建立了路面和非饱和路基的动力刚度矩阵。并由层间连续性条件合成了公路结构的整体动力刚度矩阵,结合边界条件得出了FWD荷载作用下整个公路结构在变换域内的振动响应解。利用Laplace-Hankel逆变换对振动响应进行了空间-时间域内的数值求解,分析了FWD荷载频率和路基饱和度对振动响应的影响以及路基性能劣化与路表振动信号的关联性。研究结果表明:路表竖向动位移主要受FWD荷载低频成分的影响且随饱和度的增大而增大;相比较路表振动速度和路基表面竖向动应力,路表竖向动位移受路基性能劣化的影响更敏感,且在距荷载中心1.2 m位置处的路表竖向动位移变化率达到最大。研究结果可为路基性能劣化的反馈指标与位置选择提供科学依据。

非饱和土路基毛细作用的数值与解析方法研究

通过建立非饱和土毛细作用的孔隙分布的分形模型,推导获得了非饱和土毛细水的最大上升高度,同时基于Richards水分运动微分方程,引入边界及初始条件,基于Laplace变换,得到了毛细作用下非饱和土路基湿度变化的解析解;同时引入算例,将所提出的解析方法计算结果与未简化参数的数值计算结果进行了对比分析;最后考虑不同因素的影响进行了非饱和土路基毛细作用下的湿度变化分析。分析结果表明:解析求解获得的路基湿度变化趋势和未进行参数简化的数值法求解结果基本一致,证明解析解法是合理可信的;路基填筑的初始含水率越大,填土的初始吸力越小,毛细水上升的高度及湿度变化量也相应越小;透水性能较好的路基填土毛细水上升速度较快,但上升高度较小,毛细水可以在较短时间内上升到最大高度;路基的填土类型不同,路基在毛细作用下的湿度变化状态也不同,需要针对不同的填土路基进行相应的防排水措施。

非饱和土路基降雨渗流分析

基于路基内部水运动原理,分析了降雨对路基的浸润作用,探讨了IEM和FDEM降雨模型雨水入渗路基机理,推导出降雨作用下雨水入渗路基深度公式;研究了降雨作用下非饱和土路基的饱和-非饱和流,基于一般渗流方程的基础上,初步推出了降雨作用下非饱和土路基的饱和-非饱和渗流公式。结果表明,降雨主要通过雨水对路面裂缝、路堑边坡渗流作用及毛细作用来浸润路基;路基渗流深度受降雨强度、降雨时间、土的吸水率等因素影响;最后,根据提出的公式进行数值模拟,模拟结果与试验对比吻合较好。

路基非饱和土抗剪强度的吸力效应

从宏观的吸力控制型直剪试验和微观的土体颗粒结构2方面入手,对路基非饱和土抗剪强度的吸力效应进行了研究。在不同吸力和不同法向应力条件下完成4组剪切试验,并选取2种不同含水量的同类型土样进行结构扫描。研究结果表明,与粘性土不同的是,当粉质砂土含水量逐渐降低时,土体基质吸力对土体抗剪强度的贡献效果并不是一直增加的,而是存在一个峰值。这种现象主要是由于土体微观结构以及所含水分的存在形式所造成的。另外,土体所处的应力环境也会对土体强度的吸力贡献情况造成影响。

降雨作用下非饱和土路基动载影响因素分析

以某高速公路的路基断面为研究对象,运用Geodtudio有限元软件建立路基二维数值模型,模拟了不同降雨强度、行车轴载和行车速度对压实不足非饱和土路基的影响规律,得出以下结果,随着降雨强度和行车轴载的增大,路基的沉降与竖向应力逐渐增大;随着行车速度的增大,路基的沉降与竖向应力减小;重载作用下路基压实不足区域易产生车辙病害。

粘土心墙在饱和高填方路基中的应用

设计饱和高填方路基时,应充分考虑渗透、水位升降、波浪浸袭、水流冲刷和地下水雍升引起的湿陷影响。本文通过工程实例,分析饱和路基病害的原因,探讨了饱和新建路基的形式和构造,详细阐述了饱和路基防渗和不均匀沉降的控制方法。

饱和粉土路基振冲碎石桩加固效果分析

通过对关中盆地渭河Ⅰ级阶地上某二级公路振冲碎石桩路基检测结果分析发现,该地区因饱和粉土层厚度较大,强度低,振冲碎石桩加固效果较差。在类似地区选择路基处理方案时,应将振冲碎石桩与旋喷桩、粉喷桩等几种方案充分对比后,慎重选用。

非饱和黏土路基水汽运移与相变机制研究

在降雨稀少且地下水赋存较深地区,非饱和土路基内部水分运移主要以水汽运移为主,其传输过程中伴随的相变会产生土体内土、水能量和形态的转换,造成路面变形、路基强度衰减。通过开展小尺寸土体多态水分运移室内试验以及复杂环境下路基水汽运移模型试验,系统研究了非饱和黏土路基水汽运移与相变机制。结果表明:影响路基水汽运移的主要因素有:含水率梯度、初始含水率、试验时间及环境温度。气态水运移量在总水分运移量中的占比随试验时间的增加而增加。冻结条件是导致路基浅层土大幅增水的关键,但冻结温度的大小对浅层土体增水量影响不大。同样温度梯度下,当初始含水率较低时,土体气态水运移占主导,反之则以液态水运移为主,当初始含水率大于某一数值时,在重力势作用下,土样会在无温度梯度条件下发生向下输送水分的现象。环境温度对气态水运移驱动力显著大于液态水运移。

降雨入渗对非饱和土路基稳定性的影响研究

为研究降雨入渗对非饱和土路基稳定性的影响,从非饱和土的渗透特性,降雨入渗的影响因素,降雨对土体强度的影响分析了降雨入渗机理,运用ABAQUS有限元软件进行数值模拟;结果表明:降雨入渗带给路基稳定性的影响是从坡脚向路基内部延伸到一定区域内的,从而导致路基沉降过大,使边坡浅层有可能出现失稳现象,必须采取有针对性的加固措施。可为降雨入渗条件下非饱和土路基及边坡的防护工作提供参考与借鉴。

降雨作用下非饱和土路基水分迁移研究

渗流水是公路路基破坏的原因之一,本文以降雨作用下,路基非饱和土中水分迁移研究,分析渗流场变化以及孔压变化。

孔隙水压力对高铁路基动力响应的影响

采用2.5维有限元方法分析孔隙水压力对饱和路基地面振动的影响。根据Biot理论建立饱和多孔介质控制方程,采用双重Fourier变换将控制方程转换为频率-波数域表达式。采用2.5维有限元方法建立饱和路基模型,列车荷载在频率-波数域表示,轨道和路堤采用欧拉梁模拟,采用黏滞阻尼吸波边界减小有限元边界反射。分析列车速度、路基孔隙率和渗透系数对地面振动和孔隙水压力的影响。结果表明:车速较低时,由于饱和路基受孔隙水压力的影响,地面竖向振幅小于弹性地基;车速较高时,孔隙水压力急剧增加,对地面振动影响较大。列车运行速度较高时,饱和地基的孔隙率和渗透系数对孔隙水压力有较大影响。

湿润地区毛细阻滞层路基防渗作用的数值分析

针对路基湿化过程中抗剪强度降低问题,基于非饱和土力学渗流理论,提出了采用毛细阻滞层降低路基沉降的方法。采用数值模拟方法,对比分析了在湿润气候的极端降雨条件下,传统路基和含有毛细阻滞层的路基强度、变形和安全系数的变化。结果表明在湿润气候下,毛细阻滞层仍能有效地减少降雨对路基内孔隙水压力分布的影响,从而减少路面变形,提高路基的稳定性。

毛细阻滞型路基湿化病害中吸力分布规律

路基中的水分运移是引起公路湿化病害(工后沉降、差异沉降以及承载特性变化)的主要原因。然而,现有路基处理加固方式均属于内在处理,不能从本质上解决水分运移引起的病害,不仅增加成本,并且其长期性能尚不清楚。针对现有非饱和路基的内部水分运移规律进行研究,根据非饱和路基水分运移规律,一种新型路基形式被提出。在路基填土边坡上添加毛细阻滞层,进而有效减小路基中的水分运移。基于CODE_BRIGHT软件,通过比较有无毛细阻滞层的孔隙水压力和体积含水率分布,验证了毛细阻滞层在非饱和路基中的可行性。结果表明,毛细阻滞层下的路基,基质吸力变化明显减少。其影响范围缩小了80%,影响深度仅涉及到路基顶部,基质吸力的变化仅占普通路基的13%。根据吸力变化趋势可以预见,毛细阻滞层可以有效地降低路基的工后沉降和不均匀沉降。

黄土路基双灰桩联合电渗法排水试验研究

非饱和黄土路基由于增湿会产生附加变形,降低路基强度。为研究非饱和土排水过程中含水率、离子含量、土体强度的变化规律,提出了双灰桩联合电渗法的排水技术,采用自主设计的试验系统进行了室内模型试验。试验表明:通过双灰桩联合电渗法使非饱和黄土路基内部的水分产生向双灰桩侧的迁移,含水率平均下降15%;两侧双灰桩中的Ca2+等离子向土体内部迁移,结合双灰桩的膨胀挤密作用以及胶凝反应,提高了路基土体的强度,对路基产生一定的加固作用。

松滋河堤饱和填土道路处理施工

水利部基建项目——松滋江堤加高加固工程施工中,老城段长1.3km 的堤防土方施工要跨河床取土12万 m^3,在河床中填筑施工道路。路堤填土处饱和状态。用生石灰处理饱和土路基,用旧竹脚手板及卵石与土的混合料进行路面铺填,及时解决了汽车跨过路堤运土的难题,收到了简便易行、稳妥可靠、省时经济的良好效果。

非饱和土路基的毛细作用及其影响因素分析

分析了非饱和土路基的毛细作用机理,探讨了毛细作用对路基湿度及强度的影响,基于达西定律及质量守恒定律,建立了描述非饱和土毛细作用的水分运动方程。通过引入算例,得到了非饱和土路基毛细作用下的湿度变化规律及毛细水上升高度,最后研究了不同因素包括路基高度、初始填筑含水量、渗透系数等影响下的非饱和土路基的毛细作用。结果表明,提高路基高度可以减小毛细作用对路基整体湿度的影响;初始填筑含水量越大,毛细作用越明显;路基填土的渗透性越好,毛细水上升速度越快;不同填土类型所表现出来的毛细作用与填土本身的土水特性有关。