交通荷载作用下软土路基沉降有限元分析

基于典型的路基路面体系设计方法,利用有限元分析软件ABAQUS分析交通荷载作用下软土路基沉降与荷载振动的关系,并对比了交通荷载与静荷载作用下路基的变形特性.结果表明,可以通过测定各点振动振幅来推测出该点沉降,也可以通过测定各点沉降来评价交通荷载对环境的振动影响;交通荷载作用下路基的变形特性与静荷载作用下不同,且交通荷载作用下路基沉降是静荷载下的沉降的3~4倍.     

沿江堤路新老路基裂缝扩展微观机理

针对堤防路基改扩建工程中新老路基不均匀沉降和拼接处沥青层断裂等实际工程难题,通过建立新老路基结合处离散元模型,进行拓宽路基变形不协调和路面沥青层裂缝模拟,从细观角度分析了交通荷载、不同加载部位下新老路基拼接处不均匀沉降,以及各因素作用下路面沥青纵向裂缝的形成机理,并探讨了沥青层的变形破坏模式及平行黏结的断裂程度.结果表明:该离散元模型可以很好地模拟实际新老路基拼接处不均匀沉降;在交通荷载和沉降速度相同的情况下,加载部位置于新老路基交界处时,沥青路面纵向裂缝发展得更明显;在路基沉降速度和荷载作用部位相同的情况下,荷载越大,路面竖向沉降越大,沥青路面纵向裂缝发展得更明显.该离散元数值模拟研究成果为非刚性基层沥青路面的微观力学行为研究提供了一种辅助手段,弥补了室内试验可视化的不足,丰富了路基变形协调和沥青路面裂缝研究.     

交通荷载下公路地基沉降的变化规律

我国公路路基设计壹是基于静力学理论,但交通荷载是一种动力荷裁,基于静力荷载对交通荷载进行替代计算,明显与实际情况有所出入,存在很多不足。近年来,我固公路车流量,行车速度、载重量均不断增加,对公路路基造成巨大影响,对交通荷载下公路地基沉降的变化规律进行研究,具有极为重要的理论价值和实践价值。由于篇幅原因,该文仅针对高速公路路基进行循环三轴试验,对交通荷哉下公路地基沉降变化规律进行探讨。     

交通荷载下路基土动应力应变累积的特性

采用模型试验、循环荷载单轴压缩试验及原位监测试验与理论分析相结合的方法,研究了交通荷载下路基土动附加应力的时空分布规律,提出了路基土动附加应力累积效应的概念,探讨了动附加应力累积与荷载次数、荷载频率、动附加应力水平及深度的关系,分析了交通荷载下路基土塑性应变行为。由此得出动应力累积随加载次数的增加而增大,随深度的增加渐趋平缓,并确定了红黏土的临界应力水平为50%,建立交通荷载下路基土动附加应力量化模型和永久变形量化模型。最后,给出了交通荷载下路基土工后沉降的3种组成模式及其相关控制技术。     

考虑水平摩阻效应的交通荷载下路面沉降分析

为分析计算高速公路水泥混凝土路面承载结构在交通荷载作用下的沉降,将路面结构视为黏弹性地基梁.在Kelvin地基梁模型的基础上,考虑路面结构与路基土界面摩阻效应的影响,进而分析交通荷载下黏弹性地基有限长梁的瞬态问题,通过三角级数展开法和Laplace-Fourier积分变换以及逆变换得到黏弹性地基梁在半正弦波荷载作用下的位移解析解.并研究分析了路基路面摩阻效应、荷载移动速度、路面结构刚度、路基竖向反力系数、路基阻尼等因素对路面沉降的影响.分析结果表明:路面沉降随车辆移动速度的增大而减小,随路基黏滞阻力系数及路基刚度的增大而减小,随路面结构刚度及结构层高度的增大而减小,与此同时增大路面结构刚度还可减小路面的波动.     

桥头跳车处理技术研究

桥头跳车常导致公路交通运输功能无法得到满足,诱发、加重桥梁病害、缩短交通工具使用寿命,并影响交通安全。长期以来高等级公路桥头跳车问题已成为国际公认的公路交通技术难题。一方面桥台地基和基础形式与高填方路基形式不同,导致桥头紧邻两部分的荷载和承载方式不同,易于产生不均匀沉降变形;另一方面桥台部分与高填方路基的基层结构形式不同,在行车荷载作用下,桥头高填方路基基层整体性较差,交通荷载下易产生沉降变形,而桥台部分整体性好,使桥台产生的沉降变形显著减小。本文从减小桥头高填方路基的绝对沉降变形和桥台和填方区路基相对沉降差两方面入手,探讨了高速公路桥头跳车的处理技术,对目前我国高等级公路建设过程中的桥头跳车问题的缓解具有一定的工程参考价值。     

煤矸石路基填料动变形特性试验研究及数值分析

通过动三轴试验,研究了煤矸石作为公路路基填料的动力特性,建立了不同含水率、动应力幅值影响下的煤矸石轴向累积应变计算公式,并应用FLAC3D对煤矸石路基进行了数值模拟分析.结果表明:煤矸石轴向累积应变对数值与含水率、动应力幅值成正比;在动荷载作用下,煤矸石路基的瞬时沉降速率较大,随着时间增长,沉降值很快趋于稳定.试验表明在交通动荷载作用下,煤矸石变形性能能够满足要求,说明采用煤矸石作为路基填料是可行的.     

交通荷载作用下粉土路基响应特性分析

交通动荷载作用下粉土路基具有沉降变形过大等特点,成为公路工程难题.依据工程实例,采用大型有限差分软件FLAC3D对某粉土路基进行了动力响应分析,得到了路基沉降云图、路表沉降时程规律和剪切应变增量云图等.数值分析表明:动荷载幅值为10kPa、20kPa、30kPa和40kPa时,路基表面沉降位移分别为0.52cm、1.09cm、1.71cm和2.50cm,呈非线性增长;路基沉降分为瞬时沉降和动力固结沉降,其中动力固结沉降约占总沉降的一半左右,在公路工程中应给予重视.     

路基荷载下地基侧向变形的计算方法

地基在路基荷载下不仅产生竖向沉降,也发生侧向变形,并且侧向变形是路基沉降产生的重要原因之一。为了分析路堤荷载下地基的侧向变形,通过对布辛奈斯克集中力下弹性半无限体的侧向变形解进行积分,分别推导出泊松比等于0.5和小于0.5时,无限长线性荷载、带状均布荷载、带状三角形荷载下侧向变形理论解;在考虑边坡坡度和路基高宽比对地基反力影响的条件下,建立了统一坐标导出与路堤等效带状梯形荷载下侧向变形解。     

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。     

CFG桩对路桥过渡段地基沉降影响模拟分析

根据现场实测的路基截面数据,采用ANSYS有限元软件建立路基模型,应用流变力学理论,计算出列车动荷载作用下经CFG桩加固和未经加固的路基沉降变形。结果表明:经CFG桩处理后的路基,在荷载作用下,路基顶部的沉降量明显减小,最大竖向沉降量满足客运专线路基沉降规范要求,并分析了CFG桩对粘性软土路基的加固机理。     

浅谈加宽填方路基沉降控制计算的FLAC基本原理

本文主要计算模拟路基在自重荷载作用下的最终沉降量,模拟分析新旧路基的不均匀沉降,主要应用FLAC软件,分析模拟了加宽方式、路基高度、地质条件等多个因素对路基沉降的影响规律,研究了老路堤和拓宽路堤先后作用下地基的沉降变形及其应力分布规律。     

移动荷载作用下既有高速铁路路基拓宽计算分析

通过有限元软件PLAXIS对土工合成材料加筋既有高速铁路路基的加筋效果和动态响应特性进行分析,以具体拓宽道路为例,对比有限元仿真模型计算结果与典型试验结果,验证了有限元模型的准确性,并对比了三维与二维模型的差异,研究了既有高速铁路加宽路基在移动荷载作用下的动态响应特性。结果表明：在列车动荷载作用下,变形不仅发生于荷载正下方路基,路基两侧的坡面上也伴随变形发生,且靠近加宽路基一侧的坡面变形更明显,相对整体而言,加宽路基处更容易发生过大的变形而导致失稳破坏。路基表面应力变化有一定滞后性,动应力衰减系数与列车速度呈正相关。相较于列车静载,列车动荷载产生的路基表面峰值应力更大。路基沉降与路基高度总体上呈现出正相关趋势,随着高度的降低,沉降减少。路基坡面横向变形随列车的运动响应较快,最大横向变形发生在路基上部。利用土工格栅对既有高速铁路加宽路基加筋,可显著改善路基变形特性,结合经济效益分析,在中上部进行加筋效果较优。     

CRTSⅢ型无砟轨道路基在动力荷载作用下的附加沉降

武黄城际铁路路基段采用CRTSⅢ型无砟轨道结构,其结构尺寸及技术要求是我国最新无砟轨道的技术创新之处。根据CRTSⅢ型无砟轨道结构特点,采用以动三轴试验为基础的非粘性土填料计算方法,计算路基在动力荷载作用下的附加沉降。确定路基在交通荷载作用下的附加沉降是否小于轨道系统给定的允许值,《TBl0020—2009高速铁路设计规范（试行）》规定无砟轨道路基工后沉降不宜超过15mm,确保CRTSⅢ型无砟轨道路基的长期动力稳定性。     

列车荷载对隧道下穿路基沉降的影响

以福建省九龙江北引水隧洞穿越鹰厦铁路、厦深高铁线路为研究对象,在路基加固前提下,采用换算土柱法转化的静荷载和类正弦形式列车荷载形式,采用软件FLAC3D分析了隧道单线贯通及双线贯通后的铁路路基变形情况。研究结果表明:类正弦形式列车荷载引起的路基沉降比换算土柱法转化的静荷载引起的路基沉降大0.4mm,约5%;两种荷载引起的路基沉降槽形态均为"双峰"形态,峰值均出现在两隧道各自的中心线上;通过对比实测数据和两种工况的计算数据,得出静荷载计算结果与实测结果吻合较好。     

大厚度黄土地层拓宽路基浸水破坏机制

为研究大厚度湿陷性黄土地层浸水湿陷条件下拓宽路基变形破坏特性,基于长安大学土工离心机,安装了降雨浸水系统和位移量测系统,开展与实际应力相一致的离心模型试验,并根据试验结果探讨了湿陷性黄土地层拓宽路基的浸水破坏模式.试验结果表明:拓宽路基荷载影响下,新路基以及部分老路堤会产生新的沉降,最大沉降值出现在拓宽路基形心处,进而产生新旧路基间的不协调变形;持续降雨将会在拓宽路基坡脚处产生雨水入渗,入渗将诱发大厚度湿陷性黄土层内部产生非均匀湿陷,这会导致新旧路基体产生不同程度的湿陷突变,在湿陷突变所产生的差异沉降的作用下,路基边坡首先出现裂缝,进而在新旧路基拼接带处也出现裂缝,最终面临因地基整体增湿失稳所带来的更为严重的路基路面塌陷、滑移等问题.     

集镇段路基开挖与填方施工工艺探讨

本文主要针对集镇段路基,分析开挖路基发展变化情况,并分析填挖方不同渗透性对路基差异沉降的影响,研究探讨开挖前后水系入渗对填方土差异沉降变形影响,防止随着时间的增加,路基发生湿软变形,填挖交界处产生差异沉降,分析采取路基项面的处理方法,降低水系入渗对路基内部渗流场的影响及由此造成的湿化差异沉降变形。     

双线隧道下穿施工对铁路路基沉降影响数值分析

随着山区城市轨道交通快速发展,轨道交通区间隧道下穿既有铁路工程越来越多。由于山区城市特殊的地质条件和周边复杂环境,区间隧道布置受到限制,左右线隧道水平距离较近。与单线隧道施工比较,双线隧道施工引起既有铁路路基沉降更为复杂。左右线隧道的水平距离对下穿既有铁路引起铁路路基沉降影响规律尚不清楚,还需进一步研究。依托山地城市贵阳轨道交通3号线区间隧道下穿既有铁路工程,建立三维数值模型,分析铁路路基沉降特点,研究不同水平间距双线隧道下穿施工引起既有铁路路基的沉降变形规律。研究发现随着双线隧道水平间距减小,沉降槽范围增大,铁路路基最大沉降值逐渐增大。随着双线隧道水平间距增加,铁路路基沉降最大值位置由隧道中心线对应路基向左线隧道、右线隧道中心线相对应的路基位置转移,路基横向沉降曲线呈V型-U型-W型变化。当隧道水平间距小于15 m时,路基横向沉降曲线呈V型,应加强支护措施,减小后行隧道施工对既有铁路路基沉降产生的叠加效应,将铁路路基沉降控制在允许范围。     

膨胀土路基改良方法及沉降计算的应用

膨胀土路基的沉降问题关系到路基的稳定性和安全性,以西南地区某膨胀土路基为例,分析了上部附加荷载作用下土层的工后沉降量以及大气影响深度范围内膨胀土的胀缩变形量,根据总沉降量对场内道路进行分区换填处置,以满足沉降的控制标准,有效完成了此地区的膨胀土路基总工后的沉降预测及膨胀土路基病害的控制.     

浅谈堆载预压+沉降观测在高速铁路中的应用

在高速铁路路基基床底层施工完毕后,利用堆载作用预先将路基填筑土石方充分压缩固结,达到基本上消除设计永久荷载长期作用下所产生的沉降,使铁路路基在运营过程中基本上不产生大的沉降变形。同时,采用曲线回归法进行沉降观测数据分析,当推算出的工后沉降满足要求后予以卸载,进行下一道工序施工。