冻土融沉对路面结构力学响应的影响

为研究冻土融沉规律及其对沥青路面结构的影响,结合青藏高原地区实测温度数据,运用数值模拟技术研究多年冻土地区路基温度场变化特性,分析特定温度场条件下冻土路基融沉规律,再以该融沉曲线为路面结构的位移边界,计算了路面结构的融沉附加应力,并与无融沉时的结构响应进行了比较。研究结果表明:冻土路基从表面逐渐向内融化,当外界温度较低时,路基土内部还存在冻土核,当外界温度足够高时,则路基土内部可能全部融化;当融深较大时,固结沉降较大,反之则较小;冻土路基融沉变形曲线近似于抛物线形状,回归建立了路基融沉变形公式,而在此位移边界条件下,路面结构产生附加应力,会对结构产生不利影响。     

柔性荷载下粉喷桩复合地基变形特性试验研究

进行了粉喷桩复合地基载荷试验,在桩顶和桩周土面埋设了沉降标分别观测桩顶和桩周土面沉降.研究表明:荷载板沉降与桩间土面沉降十分接近,桩间土地面沉降明显大于桩顶沉降,主要表现为桩体部分刺入路基内,柔性荷载下桩土变形不满足等应变条件.在某一深度L0处存在等沉面,即该位置处桩体沉降与桩间土沉降相等.对此提出了一种柔性路基下水泥土桩复合地基沉降计算方法,该方法将压缩层分为3层;a.等沉面以上加固层;b.等沉面以下加固层;c.下卧层,地基沉降为3层土的压缩变形之和,a层的压缩变形可按改进应力修正法计算,b和c层压缩变形可按应力修正法计算.通过工程实例验证了所提出的计算方法.     

黏质路基土永久变形改进计算方法

通过室内重复荷载三轴试验,测试了36种工况下黏质路基土永久应变与试验加载次数之间的关系;采用统计回归的方法对黏质路基土永久变形预估模型进行了标定与修正.以分层应变总和法为基础,结合道路渠化交通的考虑,提出了分条分层总和法作为柔性路面路基土在车辆重复荷载作用下永久变形的改进计算方法,并详细说明该方法的计算原理及步骤.结合典型柔性路面结构实例,计算了黏质路基土的永久变形量,并通过对比分析,验证了该方法的合理性.     

采空区路基路面力学响应分析

针对采空区沉陷容易导致路基路面发生变形破坏的工程技术难题,基于采空区位置对路基路面变形响应的影响程度,提出了采空区临界区域的概念,采用有限元数值分析方法,建立了采空区临界区域的确定方法,由此揭示了采空区路基填筑高度对沥青路面设计指标弯沉及层底拉应力的影响规律,并基于采空区引起的路基顶面的不均匀变形,揭示了5种路面结构路表弯沉与层底拉应力的变化规律。研究结果表明:处于临界影响区范围外的采空区对土基表面最大位移的影响小,可忽略不计;采空区影响范围内的路表弯沉比层底拉应力对路基填筑高度变化敏感,柔性基层沥青路面结构适应变形能力强。     

柔性路面加筋效果的影响因素分析

在交通荷载的反复作用下,粒料基层柔性路面会产生过量的塑性累积变形.将土工格栅置于基层和路基间,通过接触面摩阻力对基层施加侧向约束,抑制基层塑性变形发展,改善路基表面的应力分布.应用有限单元法探讨筋材拉伸模量、筋土界面摩擦系数对一土工格栅加筋柔性路面的接触面剪切特性和基层回弹应变、塑性应变沿加载中心线分布的影响.加筋后,基层底部受到的摩阻力增大,沿加载中心线的塑性应变显著减小.     

考虑碎石横观各向同性的路表弯沉及结构分析

使用基于横观各向同性层状弹性体系解编制的路面结构分析程序ANISOLAYER,对沥青路表弯沉进行了分析. 结果表明,当碎石基层厚度达到一定程度后,其横观各向同性特性对路表弯沉的影响将不明显.不同沥青面层厚度情况下,碎石基层水平模量对路面关键性设计指标的影响分析结果表明,将碎石材料看作横观各向同性体可有效降低基层底部的拉应力,基层水平模量的变化对路面关键性设计指标影响较大;较厚的沥青面层以及适中的基层厚度,可使路表弯沉和面层底部拉应变降低;而对于薄及中厚沥青面层,基层横观各向同性特性对路基顶部的压应变影响较大.     

青藏高寒高海拔地区宽幅公路沥青路面力学响应

为深入研究青藏高寒高海拔地区宽幅公路沥青路面力学响应,以指导该区域宽幅公路沥青路面结构设计、路基填挖形式及高度选择。将基于欧拉描述的大变形固结理论应用于冻土融化固结分析,研究融沉作用下路基高度、路面结构形式、宽度、厚度及模量对宽幅公路沥青路面力学响应的影响规律,并基于多目标规划理念,提出以沥青层底拉应变及路表差异沉降量综合最小为目标的力学响应综合评价指标P,用以评价路面综合力学响应。结果表明:柔性基层沥青路面沥青层底拉应变随路表差异沉降量呈先增大后减小的变化规律,倒装式、半刚性及复合式基层沥青路面、半刚性底基层层底拉应力则随其呈线性增大趋势;融沉作用下,ATB-25层底横向拉应变小于不考虑冻土融沉作用时;年均气温为-3.5℃、-4.5℃时,半刚性底基层横向拉应力显著大于不考虑冻土融沉作用时;P均值随路面宽度增大而增大,且22.5m时增大最显著;填方路基P均值随填方高度增大先减小后增大,高度为1m时最大,2m时最小,此后逐渐增大;挖方路基P均值随挖方高度增大而增大,高度为1m时最小,2m时显著增大。从路面力学响应角度,建议多年冻土区宽幅公路应尽量减小路面宽度,不宜大于17.5m;路基填方高度不宜小于2m,挖方高度宜为1m以下;对于年均气温-3.5℃、-4.5℃地区,路面结构形式宜选取柔性基层沥青路面。     

重复荷载作用下粘性路基土的永久变形预估

利用室内重复荷载三轴试验,研究了在含水量、压实度和偏应力影响下粘性路基土的永久变形特性,并以Tseng-Lytton路基土永久变形预估模型形式为基础,对Tseng-Lytton模型进行了改进和标定,建立了粘性路基土的永久变形预估模型;最后利用分层应变总和法,并结合一个典型粒料柔性基层沥青路面结构实例,计算了路基土的永久变形量.     

多年冻土地区沥青路面结构响应分析

采用ABAQUS软件进行了多年冻土地区不同沥青路面结构响应分析.分析结果表明,路基融沉深度决定了路面位移的大小,路面结构形式对路面位移影响不大,而路面基层底部拉应力主要受路面结构形式影响.随着融沉深度增加,路面位移显著增加.级配碎石基层路面层底拉应力最小,沥青稳定基层路面层底拉应力与其相当,而半刚性基层路面层底拉应力最大.考虑到级配碎石基层的强透水性、低抵抗重载交通能力等缺点,提出沥青稳定基层更适合于多年冻土地区.     

重载作用下沥青路面结构动态响应敏感性分析

采用三维有限元动力分析模型,分析了重载移动作用下轴载重量、轴载速度、路面结构参数等因素变化,对沥青路面动态响应的影响.结果表明:路面动态响应随着轴重的增加呈线性显著增加;轴载速度对路面动态响应有一定的影响,路面结构动态响应随轴载速度的增加呈现先增加再降低的趋势,重载车辆以常见速度运行时,对路面结构产生的疲劳破坏影响显著大于静载产生的疲劳破坏;路面结构参数中,面层厚度对路表剪应力、路表竖向压应力影响特别显著,路基模量对路表弯沉、底基层拉应力、路基顶面压应变影响特别显著.     

高速公路拓宽新路基差异沉降计算分析

高速公路拓宽过程中,由于新老路基固结程度不同,路面荷载作用下新填路基会产生较大沉降,导致路面破坏;甚至会引发交通事故。基于土的孔隙介质特性,考虑路基边坡对路基沉降的影响,采用修正的分层总和法和ABAQUS数值模拟来计算新填路基路面沉降规律。计算结果表明修正的计算方法得出的路面沉降曲线与实际现场观测结果有明显的相似性,能够比较准确地反映路面不同位置的变形规律,可用于软土路基沉降计算及预测预报,为路基工程设计施工提供参考。     

特殊气候条件对多年冻土地区路基的影响

为了揭示多年冻土地区路基病害发生的根源，基于青藏高原五道梁、沱沱河和安多等地的气象资料，研究了特殊气候条件对青藏公路路基的影响。从青藏高原年平均气温变化曲线及年降水变化曲线入手，考虑路基周期冻结和融化过程中水分迁移及相变作用，结合SWS-3型连续面波仪的路基强度测试结果，分析了青藏公路纵向裂缝、波浪扭曲变形和不均匀沉陷等典型病害的发生机理。研究发现：青藏高原的低温特征使得路基常年处于冻结和融化的交替状态；雨季集中、固态降水特征致使路侧积水严重；在特殊的气候夺件下路基土体的动弹性模量由最初的均匀分布逐渐过渡到不均匀状态；路基两侧的积水及土体的冻融疏松是造成路基强度不均匀分布、产生病害的直接原因。     

季冻区高速铁路路基冻融变形特征研究

为研究季冻区高速铁路路基冻融病害及其变形特征,以兰新高速铁路K1934+190无砟轨道路基断面作为研究对象,在已有的水分迁移控制微分方程、瞬态温度场控制微分方程及土体单元应力-应变方程的基础之上,建立了无砟轨道路基受水分、温度及应力影响的数学计算模型,通过模拟和现场监测对比分析了自2019年10月初至2020年5月初路基的动态变化规律。结果表明,由于水分场、温度场对季冻区高速铁路路基的耦合作用,致使路基水分变化、温度变化及由此产生的温度场重分布、水分场重分布是导致路基发生冻胀融沉的关键因素,其变形在时间域上呈规律性变化,这一结论可为研究冻土地区高速铁路路基冻害治理提供参考。     

既有铁路开行大轴重列车路基的动力稳定性

为研究既有铁路开行大轴重列车路基的变形和强度稳定性,选取既有线典型路基土,借助动三轴仪,试验研究了重载下路基土的累积塑性应变和临界动应力,建立了路基土累积应变的预估公式;在此基础上,通过动力有限元分析得到了重载下路基的动应力,并基于分层总和法的思想计算了路基的动力附加变形.研究表明,当路基压实系数低、饱和度高时,路基动力附加变形随列车轴重增加迅速增大,且轴重超过27 t,增大速率明显加快,但当路基压实系数大于一定条件,轴重增加对路基附加变形的影响较小;重载下路基动力附加变形的影响深度主要在2.5 m内,且显著影响深度约为1.0 m;重载下路基未发生动强度破坏情况下也会产生不能接受的永久变形.可通过提高路基压实系数(或强度)显著减少重载下路基的附加变形量和变形达到稳定的时间.     

基于反演参数的多年冻土路基长期温度场预测

利用青藏铁路清水河试验段路基3 a的现场温度场及沉降监测数据,采用模拟退火算法改进的BP神经网络算法反演了冻土路基的热力学参数,并在反演参数的基础上应用有限元法模拟预测了冻土路基在不同保温处理方案下的长期温度场变化情况.结果表明:保温材料路基阴阳坡地的温度场差异小于素填土路基,多年冻土季节性活动层厚度也远低于素填土路基;保温材料路基施工后3 a内仍将发生冻融变形,形成路基病害,但破坏程度低于素填土路基;50 a后,保温材料路基将与青藏高原气候环境达到新的热平衡状态,施工对多年冻土造成的破坏可得到修复,路基稳定性良好,但素填土路基仍存在较厚的季节性活动层,这将会使路基发生严重的变形破坏;保温处理方案可较为有效地减少冻土路基的不均匀沉降.     

路基土湿度对路面结构的影响及处理措施研究

运营期间,路基土体的含水量常常大于施工时的控制含水量,因此处于潮湿或过湿状态,从而导致路基变软而引起路面结构破坏.利用弹性层状理论对漯河市农村公路常用路面结构进行了计算,结果表明,路基土体如湿度过大将会显著增大路面弯沉值和底基层内的拉应力,铺设灰土垫层则有助于减小这些指标,改善路基稳定性.分析了灰土垫层模量和垫层厚度的...     

季节性冻土区路基土的冻胀特性分析

在季节性冻土区的路基工程中,冻胀、融沉和翻浆都会对道路产生较严重的破坏。根据2000—2002年间对吉林省长余高速公路路基冻胀观测所获得的资料,分别分析了温度、水分、土质、路基类型等因素对路基冻胀的影响。     

季节性冰冻地区公路路基冻胀融沉过程规律研究

为准确掌握路基结构温度场的分布特点和冻胀融沉过程的变化规律,以季节性冰冻地区典型道路结构路基温度场和变形量的跟踪观测数据为基础,开展了季节性冰冻地区路基温度场分布与冻胀融沉变形量,以及冻结深度三者的规律研究。研究显示:路基温度场分布特性以年为周期呈余弦规律变化,不同深度路基温度变化存在滞后性;根据路基冻结深度变化规律,可将冻结过程划分为四个阶段。在此基础上,基于观测数据,冻胀量和冻结深度分别与地表负积温呈显著正相关,可通过监测冻结深度的变化得到冻胀变形量,降低监测成本及实测难度。     

反压护道在贵惠高速公路软土地基处理中的应用

本文在现场监测分析的基础上,结合地基变形特征的模拟,研究原地基、反压后的地基和固结后的反压地基的变形与稳定性变化情况,重点比较三种状态地基的竖向沉降、横向位移、剪应力、剪应变、孔隙水压力的变形程度。研究结果表明:相对于原路基来说,反压后的路基使原路基的坡脚产生较大的竖向沉降,并产生指向路基中点的水平位移,而且最大剪应力、最大剪应变及孔隙水压力都有所减少。相对于反压后的路基来说,固结后的反压路基使地基在面层范围内有了较大的竖向沉降,并产生指向路基中点的水平位移,而且最大剪应力、最大剪应变及孔隙水压力都有所减少。文章最后综合实测的沉降量与数值模拟,对路基最终的工后沉降做出了预测。     

拓宽路基不同沉降形态下沥青路面结构仿真

通过有限元仿真（ANSYS）,首先分析了不同高度路堤顶部沉降形态（选取填土高度分别为1.6和5.0m这2种实际工程）,然后计算出基于路基沉降形态的沥青路面受力情况,并与常用简化沉降形态下的情况进行对比.结果表明：a.实际沉降形态下低路堤顶部呈现＂勺＂形沉降,其路面结构除了在拼接处顶面（＂勺＂形曲线凸部）承受附加拉应力外,其新建路面部分的基层底部（＂勺＂形曲线凹部）存在较大反弯拉应力,底基层可能先于面层开裂;b.高路堤主要受面层顶面拼接处拉应力控制,其反弯拉应力不明显.简化沉降形态不能准确反映路面结构的破坏层和破坏点.