车辆荷载作用下复合路基的沉降研究

文中分析了软土路基上复合地基的机理及其沉降研究的现状 ,以沪宁高速公路K2 + 0 0 0断面为例 ,阐述了有限元法利用应力 -应变曲线模型计算地基沉降的基本方法和过程 ,并对目前的复合地基研究提出了建设性意见。     

湿陷性黄土地基不均匀沉降: 砌体结构基础变形规律

由于湿陷性黄土地基抗剪抗弯能力弱、浸水易发生湿陷变形。地基不均匀湿陷沉降变形极易引发地基、基础局部产生脱空现象,本文针对湿陷性黄土地区砌体结构建筑物地基基础局部产生脱空变形进行了研究,假定湿陷性黄土地基表面及地层表面不均匀沉降曲线符合Peck公式,利用静力平衡、Fourier级数对弹性地基梁挠度进行了数学表达式推导,通过自编程序计算,结果发现变量k取10和100时的值基本相同,湿陷性黄土地基表面及地层表面不均匀沉降曲线基本符合Peck公式,计算结果与实际情况基本相符,为湿陷性黄土地区砌体结构建筑检测、加固、维修提供理论依据。     

铁路轨道永久沉降的预测

项目主要研究了铁路道砟的沉降规律,实验包括大型三轴实验和模拟轨道实际情况的复合元素实验(CET)。铁路道砟中的应力分布通过电脑计算分析得出,研究采用有限元(FEM)的方法对铁路道砟的非弹性应力-应变特征进行了模拟,扩展的Drucker-Prager(D-P)硬化模型用来模拟道砟颗粒材料在相对较大荷载下的弹塑性特征。通过三轴压缩实验推导出了道砟永久应变公式。CET实验用来验证复核通过永久应变公式得到的沉降预测结果。通过道砟沉降模型的建立,能够对铁路轨道的寿命性能有一个更好的了解。     

复合地基沉降计算新方法-桩体沉降法

通过模型试验和数值模拟对复合地基进行研究,提出了桩体沉降法计算复合地基沉降的新方法.根据对不同参数(桩长、桩径、桩体模量、褥垫层厚度、褥垫层模量、加固区土体模量、下卧层土体模量)的复合地基的分析,提出了桩体沉降法的两个重要参数:桩顶应力比和桩端应力比,并推导其经验公式.通过与工程实测对比分析表明,采用桩体沉降法计算的沉降量与实测数据相吻合,可以认为是工程设计的一种可靠方法.     

基于黄土蠕变试验的高填方地基沉降的数值模拟研究

为了全面研究高填方地基的工后沉降规律,本文通过一维固结蠕变试验,研究了黄土的蠕变效应,分析了含水量及压实度对黄土蠕变的影响,选取不同的模型来拟合黄土的应变与时间关系,并且运用FLAC 3D计算了黄土高填方的沉降变形。结果表明：初始荷载越大,黄土蠕变稳定的时间越长;Burgers模型能很好地反映试验曲线各级荷载的变形和时间的关系,适合作为压实黄土土体蠕变变形的模型;高填方的沉降稳定期约为3~4年,工后沉降主要集中在填筑完成后的1年,而且填筑体高度越大,工后沉降稳定期越长。     

圆(环)形基础下附加应力计算

在垂直点荷载作用下，从J·布辛奈斯克(Boussinesq)地基应力基本公式出发，通过数学处理、数值积分，求出圆形面积上作用三角形分布荷载时基础附加应力系数，制成表格.从而可查表计算圆形基础、环形基础自身沉降，以及对其他各种相邻地基的沉降影响.填补了有关数表的不足.     

高速铁路桩承式结构路基地基沉降计算方法

采用Mindlin-Boussinesq联合求解桩间土的附加应力,再根据e-lgp曲线法(e为孔隙比,p为土体压力)计算地基沉降的方法对高速铁路两种刚性桩桩承式结构地基进行了沉降计算,并与现行计算方法及现场实测数据进行对比分析.分析表明:现有规范计算方法对高速铁路路基荷载作用下刚性桩桩承式结构,及超固结或结构性较强的地基土体沉降计算有局限性;Mindlin-Boussinesq联合求解刚性桩桩承式结构地基中桩间土的附加应力沿深度的分布规律符合实际工程分布情况;Mindlin-Boussinesq联合求解附加应力并根据e-lgp曲线法计算地基沉降的方法的计算沉降值与实测值较为接近,并能考虑刚性桩复合结构地基设置参数情况及地基土应力历史等影响因素.     

基于差异沉降的复合地基沉降计算方法研究

差异沉降是群桩复合地基的一个不容忽视的问题,目前复合地基沉降计算均为计算复合地基的总体沉降,而研究差异沉降的关键问题是如何得到差异沉降值.提出了用桩体沉降法计算复合地基沉降的一种方法.该方法可以计算群桩中每根桩的沉降值,进而计算群桩的差异沉降.同时根据单桩沉降计算出群桩的总体沉降,通过模型试验和数值模拟提出了桩体沉降法的两个重要参数,并给出了这两个参数(桩顶应力比和桩端应力比)的经验公式.通过与模型试验和工程实测对比分析表明,采用桩体沉降法计算的沉降量与实测数据相吻合,可以认为是工程设计的一种可靠方法.图6,表4,参8.     

结构性Q2,Q3黄土的力学特性对比研究

通过时Q2和Q3黄土的单轴压缩和常规三轴试验研究，对两种黄土单轴压缩曲线和CU剪切的应力应变曲线特征进行分析比较，探讨了两种黄土应力应变本构模型。研究表明：强软化型Q2黄土应力应变关系，可采用强软化型模型进行描述，并对其模型参数进行了分析；弱软化-硬化型Q3黄土应力应变关系可用两参数的指数模型描述，也可用强软化性模型描述。     

应用现场载荷试验计算压缩模量的方法

为了将原位载荷试验应用于地基沉降计算,以延安地区黄土填土工程为实例依托,采用弹性理论中的应变影响系数和完全侧限点的应力应变关系理论,推导了利用载荷试验结果计算地基压缩模量的方法。研究结果表明:符合完全侧限应力状态的点位于载荷板中心点下0.834倍荷载板半径R处;将载荷试验结果中荷载P乘以0.737、荷载板沉降S乘以0.522与荷载板半径R的比值,可将载荷试验的P-S曲线转化成单向压缩的应力-应变曲线,进而可以计算出压缩模量;由该文方法计算的压缩模量均值与室内试验测试结果均值一致,两者平均值的差异仅为5.53%;由于原位测试避免了对土样的扰动,所以得到的压缩模量的离散性低于室内试验测试结果,方差减小了57.2%。研究成果可为压缩模量的测试方法和地基沉降计算方法的拓展提供参考。     

Q1黄土的弹塑性软化本构模型

通过对陕西洛惠渠五洞简易盾构法施工现场取样试验，在对试验Q1黄土的应力应变曲线特性进行分析的基础上，根据弹塑性理论提出了黄土的弹塑性软化本构模型，并将模型计算与试验结果进行比较。结果表明，该模型能够较好地模拟Q1黄土的软化和剪胀性。     

延安地区压实Q2、Q3黄土变形特性分析

本项研究针对延安地区压实Q₂、Q₃黄土做了大量的室内侧限压缩固结试验.针对压实黄土变形特性的影响因素,建立适用于表征侧限条件下压实黄土应力-应变关系的最佳拟合模型.在此基础上分析了最优含水率条件下割线模量与垂直压应力及割线模量与压实度的关系,提出了普遍适用的压实黄土加载本构模型.研究结果表明:压实Q₂黄土固结完成之后土体密实度高,含气量少,渗透性小,外加荷载作用下附加变形量小,是良好的地基填筑材料.Gunary模型适用于表征侧限条件下压实Q₂、Q₃黄土的应力-应变关系,拟合精度高,稳定性好.由Gunary模型转化后得到的割线模量与垂直压应力的关系式涵盖了低压实度情况下的线性关系和高压实度情况下的非线性关系两种情况,具有更好的适用性.     

综采充填黄土侧限压缩特性试验

为了揭示综合机械化充填开采黄土压缩特性,对22种黄土试样采用液塑限联合测定法测得了界限含水率,得出充填黄土与石灰的比例关系及最佳含水率;通过侧限压缩试验测得充填黄土压缩过程中应力应变关系曲线和密度应力关系曲线,确定了充填压实机构的夯实力以及煤矿充填开采过程中煤炭开采量和黄土充填量的采充比.研究结果表明,在黄土充填开采过程中,需掺入7%的石灰以改良黄土的特性,且最优含水率不宜超过17%,充填入采空区后的黄土需进行不小于2MPa的初步压实,采充比达到1.41才能保证充填效果.     

不同应力路径及颗粒级配下青岛海砂试验研究

进行青岛海砂在不同应力路径下的三轴试验.利用GDS三轴试验系统,得到青岛海砂的应力-应变曲线,分析青岛海砂在不同应力路径下力学响应的细观机理.分别探讨了标准三轴路径、等p路径、被动压缩路径、等主应力比路径下青岛海砂的力学性质.将不同应力路径下青岛海砂的应力-应变曲线进行对比,分析不同应力路径和颗粒级配对青岛海砂力学性质的影响.标准三轴路径下青岛海砂的峰值强度最高,等p路径下次之,被动压缩路径下最低;被动压缩路径下体应变值最大,等p路径次之,标准三轴试验最小.这说明随着围压的增大,砂土强度值逐渐增大,体应变值会逐渐减小.颗粒级配对峰值强度有一定影响,但对剪胀量的影响不明显.     

黄土触探阻力曲线和磁化率曲线对比的环境意义

黄土环境意义的研究对全球环境变化的研究具有重要的意义。而通过研究黄土磁化率曲线又是研究黄土环境变化的一种重要方法。该文运用便携式可变能量动力触探仪,现场测试了黄土的力学性能。通过具体实例,比较分析了黄土的触探曲线和磁化率曲线,探讨了这两类曲线可比性的原因。比较结果表明,黄土触探曲线不仅能反映黄土力学强度的变化,而且比磁化率曲线更细微、更精确。黄土触探曲线和磁化率曲线的良好比较性使得可以通过研究黄土触探曲线来间接地研究黄土的气候环境变化     

结构性黄土的修正Duncan-Chang模型

为了实现原状湿陷性黄土结构性与其本构模型研究的统一,解决软化型应力-应变曲线的切线刚度矩阵正定性问题,通过研究原状结构性黄土在不同含水率和固结围压条件下由增湿、固结作用和剪切变形引起的结构性损伤规律,建立可以反映结构性变化的修正非线性Duncan-Chang模型.该模型考虑了增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,把含水率作为一个重要的变量,用一族具有相同初始切线模量和不同极限强度的双曲线来求取当前应变状态处的切线模量,能够统一描述结构性黄土的应变软化和硬化型应力-应变关系曲线,形成解决原状湿陷性黄土增湿和应力耦合条件下变形及强度计算问题的新方法.     

西安地区Q2黄土应力-应变-时间关系的试验研究

为了研究黄土地区许多工程现象的本质原因,探讨应力—应变—时间的关系,对西安地区Q2黄土在改造后的固结仪上进行了单轴无侧限蠕变试验。加载方式为分级加载,通过使用坐标平移法处理蠕变曲线后得到应力—应变等时曲线。研究发现Q2黄土在不同的应力水平下表现出不同的蠕变形态,应力—应变等时曲线上有一较明显的拐点,拐点对应的应力即为屈服应力,屈服应力随着含水率的增加而呈指数降低,当应力水平小于屈服应力时,黄土表现为线性粘弹性特性;当应力水平大于屈服应力时,黄土表现为线性粘塑性特性。     

粉煤灰-石灰改良黄土与压实黄土强度特性对比分析

基于TSZ-3型应变控制式三轴剪切仪,在不同固结围压条件下对不同压实度粉煤灰-石灰改良黄土和压实黄土进行了常规三轴加载试验,研究了竖向加载条件下改良黄土和压实黄土的应力-应变演化关系、强度特性及其破坏方式的差异.研究结果表明:改良黄土的应力-应变曲线以软化型为主,屈服即意味着破坏;压实黄土全部为应变硬化型,可用双曲线描述,属于渐进屈服破坏.固结围压和压实度均会对压实和改良黄土的强度产生较大影响,两者之间的耦合关系共同决定黄土的强度.改良黄土的黏聚力值均远大于压实黄土,内摩擦角略微大于压实黄土;改良黄土在剪切前期强度增长较大,压实黄土的强度随着剪切变形的发展逐步发挥.三轴竖向加载条件下,改良黄土呈脆性滑移破坏形式,压实黄土呈剪缩侧胀破坏.     

增湿-冻融劣化原状黄土结构强度模型

为了后续研究工作能将原状黄土结构强度在实际工程中推广与应用,本文续增湿-冻融劣化原状黄土结构强度试验研究,力图建立其结构强度的劣化模型。研究工作如下：(1)依据原状黄土压缩曲线定义黄土结构强度、残余结构强度和结构强度损伤变量等概念,并分析损伤变量可表征黄土结构强度劣化过程;(2)基于Weibull分布和损伤力学应变等价性假设,建立了以体积膨胀率作为考察变量的黄土微观取样制样扰动、吸水增湿和增湿-冻融循环耦合统计损伤模型,统计损伤演化函数及黄土结构强度损伤基本方程。(3)在试验数据的基础上,确定了模型参数,并取西安北郊某基坑黄土对模型进行验证,与试验吻合性较好,研究成果能方便指导现场工程设计和施工。