交通荷载拟静力分析与动力模拟方法探析

研究交通荷载对路基变形沉降的影响时,主要是对交通荷载按等效静荷载或等效动荷载2种方式进行模拟。通过分析等效土柱法、移动恒载法、冲击系数法3种常用的拟静力分析法可知,这些方法都不能反映路基土的动力特性,与实际情况不符。探讨了利用动三轴仪、动扭剪仪等进行动力试验的方法,并模拟了交通动荷载波形、振幅、频率、振次等动荷载参数的选取过程。     

周期荷载下软土残余变形的模型试验研究

为研究软土地基在周期荷载下的变形特性,研制和设计了一套周期荷载下模型试验装置。报道了8个模型试验成果,旨在探讨基土的含水量、静力固结荷载、周期加载方式及预剪间歇效应对基土变形特性的影响。推演并验证了周期荷载下残余变形的预测公式,根据试验成果导得了对残余变形发展起控制作用的临界周期荷载比。最后,对基土残余变形发展的机理作了探讨。     

地铁移动荷载作用下地基沉降的弹塑性分析

土体本构、隧道-地基模型与地铁荷载模拟是长期地铁移动荷载作用下地基土沉降研究的三个关键因素.本文以Drucker-Prager塑性本构模型表示土体应力-应变关系,采用与不平顺管理标准相应的激振力来模拟列车竖向动荷载,使用FLAC3D软件建立了地基结构的空间模型,详细探讨地铁隧道地基土沉降在不同加载次数下的动力反应和沉降规律.研究结果表明:埋深对地基土沉降的影响明显,随着埋深的减少,地基土的沉降逐渐增加;对于长期动荷载作用下的地基变形问题,采用塑性本构模型更能符合实际工况.     

纵横向荷载作用下桩的工作性状研究

为了了解承受纵向荷载和横向荷载共同作用的桩的工作性能，通过一系列模型桩试验，分析了水平荷载对竖向承载桩的桩顶沉降变形的影响，以及竖向荷载对横向承载桩的桩顶水平位移和桩身弯矩的影响．此外，运用三维有限元的方法，考虑了土体的非线性(Drucker-Prager模型)力学性能，以及在桩与土界面处设置接触面单元来考虑桩与土的滑移变形和开裂，对模型桩进行了模拟计算分析．试验及模拟分析均表明，竖向荷载对水平承载桩的影响较小，而水平荷载对竖向承载桩的影响是显著的．     

交通动载下砾性土动三轴试验分析

为了探讨交通动载下砾性土的动力特性,采用GDS高级动态三轴测试系统,对级配良好的砾性土进行了大尺寸动态三轴试验,分析砾性土的应力应变及动模量等参数的变化规律.试验结果表明:循环荷载作用下,砾性土的应力应变关系整体上呈递增的趋势,动应变ε_d≤2.36%时,砾性土动应变随动应力呈线弹性增长;ε_d2.36%后,土体出现塑性变形,砾性土动应变呈非线性加速发展趋势.砾性土轴向动应变随振动次数逐渐增大,动应变增长率随振次增加而增大.砾性土动弹性模量随着动应变增加整体呈现骤减→略增→减小的趋势,其中在1%ε_d3%范围时动弹模出现小幅增长.密实的饱和砾性土在多级短时荷载作用下,产生剪胀变形,对应动孔压随动应变呈局部振荡整体递减的趋势.     

膨胀土增湿变形特性的试验研究

为研究膨胀土的增湿变形特性,应用室内试验手段,以西安-汉中高速公路穿越膨胀土路段为依托工程,对膨胀土的增湿变形特性与初始含水量、初始干密度及荷载水平的相关关系进行了研究,实验结果表明:对于干密度一定的原状膨胀土,天然含水量越大,增湿至饱和时膨胀变形量越小.土样干密度越大,含水量变化导致的增湿膨胀变形越大,增湿变形的水敏性越强.对于天然含水量一定的膨胀土土样,增湿膨胀变形随干密度的增大而增大,这一规律对低含水量膨胀土尤为显著.膨胀土天然含水量越小,增湿变形对干密度变化的敏感性越强.当荷载比较小时,荷载对增湿膨胀变形的约束作用(膨胀变性减小)最为显著,随着荷载增加,荷载对增湿膨胀变形的约束作用逐渐减弱.重塑膨胀土和原状膨胀土具有相同的增湿变形规律,但重塑土的增湿膨胀变形量明显大于原状土.     

波浪荷载下粉质土动应变和动强度的试验研究

为寻找不同振动频率的波浪荷载作用下海底粉质土的动应变和动强度发展规律,进行了一系列的模拟不同振动频率的波浪荷载的动三轴试验.试验选用杭州湾地区分布较广的粉土,研究了振动频率的变化对粉土动应变和动强度的影响.试验结果表明,粉土的动应变和动强度的发展与土样所受的固结应力、围压、循环应力比和振动频率有关;在等向固结条件下围压对土样的累积轴向应变增长的影响作用是由波浪荷载振动频率的高低决定的;波浪荷载振动频率的改变对不同围压作用下粉土的动强度影响很大,并且在该类粉土中存在临界循环应力比.     

列车动荷载作用下土的动力特性分析

研究了列车动荷载对地基的振动效应,给出了Winkler地基-Timoshenko梁模型下梁的最大位移和地基表面反力.研究了列车动荷载作用下地基内应力状态和空间分布,分析了土单元体的应力路径及地基土在动荷载作用下的软化和液化效应,结果表明：在列车运行过程中,动荷载引起的动应力随时间发生变化,并与土单元体初始应力相叠加;列车的速度对水平剪应力τzx与偏差应力（σdz-σdx）/2之间关系的影响较大.     

车辆载荷作用下路基土的变形特性

通过路基土在重复荷载作用下的室内实验，研究了路基土回弹变形和累积变形随荷载轴次增长的发展规律以及各种因素对累积变形的影响。所有试验均在MTS试验系统上完成。相关研究及分析成果是发展路面力学设计方法所必备的依据之一。     

茅坪溪防护土石坝施工期外部变形监测资料分析

茅坪溪防护土石坝施工和安全监测分两个标段，以140m高程为分界线。第一标段变形观测项目有6项，在三个关键断面布设监测点，采用三峡水利枢纽大坝施工坐标系和吴淞高程系统，经过拟合计算，得出关键断面监测点位置过程线拟合分析结论：基础廊道沉陷由坝体回填荷载引起，底部变形小于上部变形，与回填层高无关，与坝体横向张力及动荷载有关。从而对茅坪溪防护士石坝的施工质量、运行状况作出评价。     

膨胀土动力性质的研究

本文通过对静、动三轴试验的研究，探讨了重塑土在长期重复荷载下的动的应力─应交关系、动强度特性以及影响它们的主要因素，得到了累积塑性应变和循环次数的函数表达式以及临界动应力与围压、含水量等的关系，并同英国ＨｅａｔｈＤＬ的结果进行了对比．所得结果可供工程应用参考．     

Mechanics Model to Determine Swelling Potential of Expansive Soils

The factors influencing on soil expansion are reviewed in the paper. A mechanics model to determine swelling potential of expansive soils is presented. The mechanics model is based on the softening of expansivesoil following absorption of water. The constitutive relationships of the mechanics model include the relationshipamong swelling under free load, swelling under load, and vertical pressure, and the relationship of swelling under free loading and swellingpressure. A concept of additional compression modulus is introduced and the method determining the modulus is proposed. Finally, the predicted results of swelling potential using the mechanics model compare well with the measured data.     

条形基础稳定性弹塑性大变形有限元分析

对土体失稳过程中弹塑性大变形的问题,采用大变形问题的Updated Lagrangian描述方法,建立了土体稳定分析的弹塑性大变形有限元模型,提出了坐标更新和非线性方程组线性化的方法：计算了均布竖向荷载情况下的条形基础地基稳定性,通过与Prandtl解和弹塑性小变形有限元法所得结果的对比,说明了用弹塑性大变形有限元法进行土体稳定性计算是可行的．通过对倾斜荷载作用并考虑土体自重情况下的条形基础地基稳定性分析,表明弹塑性大变形有限元法不仅能反映土体抗剪强度指标对土体稳定性影响,而且也能反映土体弹性参数对土体稳定性影响,说明了用弹塑性大变形有限元法计算土体稳定性的合理性及对工程安全的重要性．     

膨胀性土壤饱和水分运动参数计算模型

膨胀性土壤吸水膨胀变形,具有复杂的水文特性及力学性质,其分布范围广泛,对国民经济有着重大影响,开展膨胀性土壤水分运动研究具有重要的实际意义和理论意义。目前的土壤水分运动研究多针对非膨胀性土壤,相关研究成果不适用于描述膨胀性土壤水分运动过程。土壤膨胀变形主要是土壤膨胀力和自重应力综合作用的结果,土壤受力变形特征随土壤深度的变化而变化。为量化土壤膨胀变形对土壤水分运动参数的影响,采用土壤膨胀特征曲线和土壤应力——应变关系曲线,建立了包括饱和含水量、饱和导水系数、饱和比容积等在内的膨胀性土壤饱和水分运动参数计算模型。随后,以黄绵土和娄土为典型膨胀性土壤,基于室内试验开展了不同厚度土壤饱和水分运动参数的测定,验证所提出的参数计算模型的适用性和可靠性。结果表明：土壤饱和水分运动参数的计算值与实测值间的相对误差均小于10%,Nash效率系数均大于0.85,均方根误差均小于0.07,说明该模型可以较好地模拟计算膨胀性土壤饱和水分运动参数。研究成果既丰富了土壤水分运动理论研究,也为膨胀性土壤水分的利用和管理提供了参考。未来研究将深入探讨不同初始含水量、不同初始容重下,土壤自重应力和膨胀力对饱和水分运动的影响,以期进一步提高模型性能。     

桩承式加筋路堤中土工格栅加筋效应的室内试验研究

基于室内模型槽试验,开展了考虑土工格栅的桩承式路堤变形和填土应力分布规律研究,重点研究了土工格栅抗拉强度和土工格栅层数对软土竖向位移、填土竖向应力分布和桩土应力比的影响。研究结果表明:软土竖向位移随土工格栅抗拉强度和土工格栅层数增加而减小;不同层数土工格栅作用下填土竖向应力随路堤高度的分布规律差异较大。综合考虑桩承式路堤软土变形和填土荷载向桩顶转移程度,了解研究工况下土工格栅的作用效果,可为现场路堤工程中如何选用合适土工格栅抗拉强度和层数提供依据。     

基于双剪统一强度理论的碎石桩复合地基承载及变形性状研究

基于双剪统一强度理论，并利用复合地基中碎石桩与桩周土的竖向位移相等，侧向变形协调与连续的条件，通过弹塑性理论，对碎石桩复合地基的承载及变形性状进行了分析研究，讨论了权系数b的大小对复合地基承载及变形性状的影响，推出了作用在复合地基上的荷载、碎石桩所分担的荷载及加固区压缩量与桩周土的塑性区半径的关系的系列解析算式。提出了对于碎石桩复合地基的设计应该实行承载力和沉降双重控制的设计思想。为验证本方法的可行性，将模型试验的结果与计算结果进行了对比。     

基于双剪统一强度理论的碎石桩复合地基承载及变形性状研究

基于双剪统一强度理论,并利用复合地基中碎石桩与桩周土的竖向位移相等,侧向变形协调与连续的条件,通过弹塑性理论,对碎石桩复合地基的承载及变形性状进行了分析研究,讨论了权系数b的大小对复合地基承载及变形性状的影响,推出了作用在复合地基上的荷载、碎石桩所分担的荷载及加固区压缩量与桩周土的塑性区半径的关系的系列解析算式。提出了对于碎石桩复合地基的设计应该实行承载力和沉降双重控制的设计思想。为验证本方法的可行性,将模型试验的结果与计算结果进行了对比。     

Experimental study on permanent deformation characteristics of coarse-grained soil under repeated dynamic loading

Practical assessment of subgrade settlement induced by train operation requires developing suitable models capable of describing permanent deformation characteristics of subgrade filling under repeated dynamic loading. In this paper, repeated load triaxial tests were performed on coarse-grained soil (CGS), and the axial permanent strain of CGS under different confining pressures and dynamic stress amplitudes was analysed. Permanent deformation behaviors of CGS were categorized based on the variation trend of permanent strain rate with accumulated permanent strain and the shakedown theory. A prediction model of permanent deformation considering stress state and number of load cycles was established, and the ranges of parameters for different types of dynamic behaviors were also divided. The results indicated that the variational trend of permanent strain rate with accumulated permanent strain can be used as a basis for classifying dynamic behaviors of CGS. The stress state (confining pressure and dynamic stress amplitude) has significant effects on the permanent strain rate. The accumulative characteristics of permanent deformation of CGS with the number of load cycles can be described by a power function, and the model parameters can reflect the influence of confining pressure and dynamic stress amplitude. The study’s results could help deepen understanding of the permanent deformation characteristics of CGS.

     

车辆荷载作用下季冻土路基永久变形研究综述

结合我国季冻土和高速公路分布状况,对重载、超载车辆对季冻土路基造成的危害及致灾机理进行了初步分析.为准确描述重载、超载车辆行驶过程中对路基的作用效果,提出了冲击型荷载的概念.从冻融循环作用对土力学性能影响研究、车辆荷载下路面路基动力响应研究和动荷载下路基永久变形研究3个方面,分析、探讨了季冻土路基在车辆荷载作用下永久变形相关研究成果及发展趋势.     

考虑变形滞后效应的高液限土路基模量反算方法

为了提高便携式落锤弯沉仪(PFWD)测定高液限土路基回弹模量的精度,考虑变形滞后效应对反算结果的影响,提出了一种基于Kelvin粘弹性模型和准静态动力分析反算模量的方法.通过现场试验,验证了新方法的有效性.研究结果表明:利用高液限土填筑的下路堤模量较低,在PFWD冲击荷载作用下,其顶面竖向位移峰值明显滞后于荷载峰值,且...