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。     

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。     

重复列车荷载作用下多年冻土路基长期变形分析

在青藏铁路北麓河段选取素填土路基断面开展列车通过实时振动测试,得到车载作用下路基路肩处的加速度时程曲线,并将该动力荷载转化为作用在路基表面的等效均布荷载.基于冻土三轴流变实验结果,对典型的青藏铁路多年冻土路基进行了重复列车荷载作用下的蠕变分析,得到了机车荷载作用下冻土路基所产生的长期变形量,量化了该部分变形在路基总变形中所占比例.研究结果表明,机车荷载作用下路基两侧坡脚产生较大的剪应变,并且逐渐向上扩展,垂直方向变形占总变形量的10%左右.     

列车作用下冻土路基动力响应的数值模拟

为研究高温冻土铁路路基内部的动力变化规律,以人工数定激励力法模拟列车荷载,采用ABAQUS有限元软件建立冻土路基模型,对列车作用下的冻土路基进行动力响应模拟.结果表明:在列车振动荷载作用下,冻土路基内部各点的应力和位移均由路基的顶部中心位置向两侧和下部逐渐减小,路基的最大应力和最大变形均发生在其顶部中心处;路基内各个点的竖向振动随着深度增加逐渐衰减.该结果可为高温冻土路基的强度变化研究提供借鉴.     

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.     

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.     

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.     

基于改进压缩模量法的公路路基沉降计算方法研究

地基土固结和交通荷载长期作用使路基累积变形,进而对路面结构产生破坏,因此,分析和控制路基沉降是公路工程领域的热点问题。将不同车辆荷载在不同深度下产生的应力分析与已有沉降计算公式相结合,给出了一种改进压缩模量法,以分析不同交通荷载对路基产生的影响,并通过实例验证了该方法的有效性。     

循环荷载作用下路面模型试验研究

介绍了室内模拟交通荷载作用下路面和软土地基共同作用的模型试验，根据试验结果得出了路面板的弯沉、应力以及永久变形。采用弹粘塑性有限元理论分析了路面在竖向静荷载和循环荷载作用下的应力和变形特性，并与试验结果进行了比较。     

桩土复合路基静载试验的改进方法

为了克服现有复合路基静载试验的不足,通过引进能模拟实际垫层作用的弹性垫层,提出了一种改进的桩土复合路基静载试验方法。首先,通过数值模拟对不同工况下的静载试验进行分析,论证了引入弹性垫层的合理性;然后,对比不同工况下的桩土应力比以确定弹性垫层参数;最后,通过现场CFG桩复合路基试验,分析改进后静载试验在沉降及桩土应力比的变化规律。试验表明弹性垫层具有明显的应力调节作用,更能体现实际工程垫层的作用,为桩土复合路基的质量检测提供了一种新方法。     

振动压实黄土路基变形特性与预测模型

为揭示列车荷载作用下黄土路基变形规律及其影响因素。以西韩城际铁路沿线黄土为例,选择适当的试验参数,研究振次、路基深度和含水率对振动压实黄土路基弹性变形和累积塑性变形的影响和变形量,并提出累积塑性变形预测模型。结果表明：振次增加变形减小,在大于2000后趋于稳定;深度增加变形减小,深度从0.5m增加到3.5m,弹性应变、塑性应变分别减小了87%、94%;含水率增加会增大黄土路基变形7%以上;不同层位的黄土路基累计变形预测模型与实测值相关性超过90%。因此,黄土路基应注重防水排水措施,减少路基不均匀沉降,提升整体稳定性。     

基于实测的高速公路重载交通轴载分析

通过调查京沪高速公路沂淮江段动态称重系统的交通轴载数据,研究了该路段交通荷载参数、货车的超载情况以及交通轴载谱。根据分析结果提出了以单轴双轮120 k N作为高速公路重载交通沥青路面的设计轴载、轮胎接地压强0.85 MPa为设计荷载;发现用正态分布模型表征该路段单轴双轮轴载谱(R~2=0.95),能够比较真实地反映该路段的荷载特性,提出以该模型作为随机荷载的加载方案;并使用简化的荷载分布作为室内试验进行变幅荷载的加载方案。     

高速铁路基床掺胶粉水泥稳定碎石动力学特性分析

为明确掺胶粉水泥稳定碎石在高铁列车循环荷载作用下的力学变形特征和能量损耗规律,将胶粉以等体积方式部分替换掉原集料中1.7 mm以下的细颗粒,形成胶粉改性水泥稳定碎石材料。通过对300×300 mm圆柱形试样进行105次的循环加载试验,在5 Hz加载频率下研究了不同动应力幅值、胶粉掺量对试样动力学变形及能量耗散的影响规律,给出了基于实际服役水平状态下胶粉改性水泥稳定碎石的累积塑性变形计算模型和阻尼比的演化规律。试验结果表明：1）从变形角度,C5P0.1R30材料的累积塑性变形最小,表现出较好的抗动力学变形特征;2）橡胶粉的掺入增加了水泥稳定碎石材料的韧性,降低了应力幅值增加对累积塑性变形增加的敏感性;3）结合累积塑性变形计算模型,并从参数分析的角度看,C5P0.1R30可作为基床表层结构推荐材料;4）从阻尼比角度看,胶粉替换水平为30%时,阻尼比数值较大,路基结构受高铁列车动荷载激振后,能量衰减较快,具备一定的减振降噪潜力。因此,基于对胶粉改性水泥稳定碎石动力学特性分析,推荐1.7 mm以下胶粉等体积替换水平为30%,这对于改善高铁路基基床表层材料刚度,构建减震降噪型路基结构具有重要意义。     

基于载荷耦合分析对营业线结构影响分析

利用模态分析法基本原理对列车和桥梁,以及支墩进行动力学分析,阐述理论求解方法。运用无线传感器网络架构的监测系统对桥梁和支墩的加速度以及沉降进行了监测,在考虑静载荷加载的情况下,对比列车通过前后,支墩的沉降量的变化和桥梁与支墩加速度大小,得出支墩竖向受载荷后对桥梁振动影响并不显著,说明支墩的竖向刚度较大,竖向加载对其影响较小。研究支墩与桥梁的横向振动特性后,得出了由于支墩横向刚度远小于其竖向刚度,支墩与桥梁都表现出明显的响应特征。     

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。     

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.     

路桥过渡段差异沉降引起的动荷载计算分析

路桥过渡段纵断面的差异沉降会引起车辆的振动。通过建立5自由度车辆模型和路桥过渡段几何计算模型,采Newmark-β法进行车辆振动特性分析。结合具体实例计算,结果表明了上桥和下桥时车辆动荷载的变化是一种幅值逐渐衰减的运动,最大动荷截明显大于静荷裁,并且载重对动荷裁的影响很大。因此路面设计时忽略动荷载的影响是不合理的,有必要对车辆动荷载进行深入探讨。     

交通荷载作用下低路堤动力特性试验研究

结合连盐高速低路堤,对路堤进行了动应力、振动响应等现场测试,分析了路基中附加动应力及振动位移的变化规律.并且通过应力控制的室内动三轴试验,采用一定的动应力频率、不同的循环应力比来模拟交通荷载,研究了在循环荷载作用下,连盐高速公路饱和软粘土的轴向累计应变、孔隙水压力和轴向周期应变软化的变化规律.实验结果表明:路堤中动应力和振动位移随行车速度和车重的增加而增加,随深度的增加而降低,有效影响深度达2.5 m;原状土的临界循环应力比远大于重塑土,承受循环应力能力高于重塑土.因此,要加强浅层路基强度,同时要减少对底部下卧层软粘土的扰动.其结果可为在软土地基上设计和施工低路堤高速公路提供有益的参考.