刚性地基低路堤长期动力特性原位试验研究

无砟轨道与深埋式桩板结构低路堤形成的"上刚-中柔-下刚"结构体系,导致基床受力加大、状态复杂,因此有必要针对刚性地基低路堤长期动力特性进行专门的动力试验研究。通过京沪高速铁路试验段模拟列车动荷载的原位循环激振试验,测定低路堤不同断面、不同深度处的动力响应,分析刚性地基上低路堤长期动力特性。结果表明:刚性地基上低路堤动力响应在激振70万次后趋于稳定,各典型断面动位移幅值均小于0.1mm,路基面动刚度值介于280~350MN/m之间,断面间刚度差异较小;激振150~200万次后累积变形为0.3~0.4mm;由轨道结构、基床和桩板结构、地基构成的"上刚-中柔-下刚"结构体系具有良好的长期动力稳定性。     

振动波型对X形桩桩–筏复合地基动力响应影响的模型试验研究

基于大比例模型试验系统,开展砂土地基中现浇X形桩桩–筏复合地基的模型试验研究;分析正弦波与"M"波荷载作用下X形桩桩–筏复合地基的累计沉降、动位移幅值、动刚度、振动速度等的变化规律,初步揭示X形桩桩–筏复合地基动力响应机理。试验结果表明,桩筏复合地基的沉降s与荷载循环次数N的关系曲线可近似用对数函数描述;动位移幅值和动刚度与荷载形式和振幅有关。振动速度随深度增加而逐渐衰减,碎石垫层在振动速度向地基土传播过程中起到了良好的减震作用。研究成果为X形桩–筏复合地基的应用提供了参考依据。     

长期列车荷载下无砟轨道X形桩-筏复合地基动力响应模型试验

基于缩尺比例为1︰5的无砟轨道X形桩-筏复合地基模型试验,在长期列车循环荷载作用下开展饱和砂土地基中该复合地基的动力响应研究,分析X形桩桩身动应力、桩侧摩阻力以及累计沉降随荷载循环次数的变化规律.试验结果表明,桩身轴力和累积沉降均随加载次数的增加而逐渐增加,但增加的速率逐渐放缓,桩身轴力的发挥具有明显的时间效应.加载频...     

CFG桩复合地基动力特性和时程响应影响因素分析

通过现场试验对天然地基和CFG桩复合地基动力特性和时程响应进行了研究。分析了天然地基和CFG桩复合地基在空载情况下一阶频率变化规律。单桩复合地基和九桩复合地基时,分别在静载和爆破情况下,对CFG桩复合地基动力特性和时程响应进行了分析。研究了爆破激振作用下,单桩复合地基和九桩复合地基水平方向位移的变化规律。分析了CFG桩在不同荷载条件下一阶频率的变化规律;在相同爆破激振条件下,峰值加速度的规律。为今后探讨动力荷载作用下CFG复合地基的承载力和变形特性提供了研究基础。     

高速铁路CFG桩-筏复合地基现场测试研究

基于沉降控制设计理念,沪宁城际铁路路基试验段采用CFG桩-筏复合地基。为探索其沉降控制机理和承载特性,对路基沉降变形、桩土应力分布、超孔隙水压力消散等进行了长期观测,获取了一些客观的数据。分析了路堤荷载作用下复合地基沉降、土体侧向变形、桩土应力沿路基横向分布以及孔隙水压力随时间变化规律,探讨了桩土应力比与荷载分担比变化规律。为CFG桩-筏结构在高速铁路软基处理中应用进一步理论研究与设计优化提供试验依据。     

刚性桩筏基础的竖向振动特性分析

基于三维地基薄层法基本解,得到层状地基中的土-土相互影响因子,结合能够充分考虑被动桩与土体的共同作用的群桩动力模型,建立刚性桩筏基础的动力分析方法。通过参数(桩间距s/d和激振频率f)探讨和与刚性高承台群桩的比较,得到匀质半空间和层状地基中常见刚性桩筏基础的阻抗和内力的变化规律:①桩间土体的存在会提高群桩基础阻抗,从而进一步降低群桩基础的动力响应;②荷载在桩土之间的分配关系(桩土分担比)不是常数,随桩间距和激振频率的变化而变化;③刚性筏板的存在并没有显著地改变群桩桩顶荷载分布规律。最后,分析上海虹桥交通枢纽工程桩筏基础的阻抗函数,并指出其动力响应与一般高承台群桩的差异,为工程设计提供参考。     

列车荷载下螺杆桩复合地基动力特性及承载性状试验研究

通过进行模拟列车荷载下铁路螺杆桩复合地基的室内模型试验，测试在列车多运作模式下桩–土系统的动应变、动土压力、累积位移特征；分析螺杆桩–土系统在列车荷载下的动力响应时频域特性，并进一步探讨在不同时速条件下的桩–土受力变形程度的相关性。基于线性拟合方法建立桩土动应力比与列车运行时速的经验关系。结合桩–土荷载分担关系、桩体动轴力及桩侧动摩阻力的综合考虑，揭示列车动荷载下螺杆桩–土的相互作用关系及荷载传递机制。结果表明：(1)在列车动载作用下，螺杆桩螺纹段变形程度大于直杆段，尤其在变截面处易产生变形破坏。(2)在普速、快速、高速行驶条件下优势频率分别集中在2～6,8～11,14～16Hz，随着列车时速的增大，主导频率趋近于列车自振频率，频带宽度减小。(3)螺杆桩复合地基的动力特性与列车运行时速存在高度相关性。(4)螺杆桩复合地基加固作用下，铁路地基临界速度在280 km/h左右，相对普通桩加固地基提高了29.62%。(5)列车运行时速越快，在桩土复合地基中土体承载发挥作用变大，而桩体承载发挥作用减小，造成桩土协同作用性能降低。研究成果对铁路螺杆桩复合地基的设计优化及列车运营时速的规划具有一定参...     

高速列车随机激振载荷无砟轨道路基的动应力分布规律

相较于传统的列车-轨道-路基整体耦合三维有限元模型,提出一种优化处理列车荷载的方法,基于多体系统动力学理论建立列车-轨道垂向耦合模型,并通过数值计算得到考虑了轨道随机不平顺条件下的轮轨激振载荷,随后利用二次开发子程序将轮轨载荷导入无砟轨道-路基-天然地基土非线性数值分析三维有限元模型,在此基础上研究分析高速移动荷载作用下路基的动应力分布规律。研究结果表明:采用的车辆荷载处理方法在保证计算精度的前提下代替车辆-不平顺轨道-路基-地基整体耦合振动模型,降低了建模及计算时间成本;竖向动应力沿横向分布规律,在轨道结构中数值较大,路基基床内远小于轨道结构中的数值,基床表层及基床底层底面出现"马鞍形"分布;沿竖向分布,随着深度的增加,竖向动应力逐渐减小,在基床表层内的衰减率较大,甚至超过50%;沿纵向分布,在各结构层内产生了与转向架数目相等的应力峰值数目,列车运行过程中轨道及路基动应力的变化可以看作是反复的加、卸载过程;列车移动速度对路基动力响应影响作用明显,时速由200km/h增长到350km/h时,各结构层动应力幅值增长均超过30%。     

水平振动荷载作用下支盘桩模型试验研究

基于自行设计的桩-土动力相互作用模型试验装置,对2根承力盘位置不同的模型支盘桩施加强烈水平振动荷载,采用数字式变频仪控制荷载频率,通过不同弹簧的刚度系数实现不同大小的荷载级别,分析不同激振频率和激振荷载作用下桩身弯矩变化趋势及桩侧土压力变化状况。试验表明:随着激振频率的增大,支盘桩的动力响应在整体上有减小的趋势且水平动承载力有所提高;随着激振荷载的增大,支盘桩的动力响应随深度增加逐渐减小,反弯点位置逐渐下移,桩身的最大动弯矩发生在距桩顶1/3左右深度处。承力盘的设置改变了桩身的变形和受力状态,能够提高桩身平衡弯矩的能力,是对桩基的结构优化设计,且承力盘设置在桩身靠上有利于水平动承载力的提高。     

模拟路基动力响应的原位激振试验研究

动荷载下路基动力响应规律是研究路基长期动力稳定性的基础。采用自行研制的分离式变频激振器,开展铁路路基动力响应的模型试验,研究不同激振频率、动载水平下铁路路基本体的动力响应规律,掌握石灰改良土+粉质黏土填筑的铁路路基本体的共振频率约为25 Hz,路基表层的振动加速度、动应力随着激振频率的增加而显著增大;弄清了振动加速度、动应力沿深度和水平方向的变化规律,两者在主要影响深度1.5 m处已衰减90%,表明其沿深度方向的衰减速度较无砟轨道路基情况下快,而两者沿水平方向的变化受到应力扩散效应的影响,在浅层水平面会迅速衰减,而一定深度(0.7 m)处反而比较稳定,反映了路基动力响应的空间变化特征。     

高铁不同刚度桩-网复合地基工作性状差异

结合沪宁城际铁路CFG桩网复合地基试验段和京沪高铁砂桩网复合地基昆山试验段,在现场试验断面埋置土压力盒、沉降计和孔隙水压计等监测仪器,获取地基沉降、桩和桩间土压力、孔隙水压等监测数据,对比分析CFG桩与砂桩网在高速铁路地基工作性状及工后沉降控制效果中的差异。分析结果表明:CFG桩网和砂桩网联合堆载预压均可满足高速铁路无砟轨道工后沉降控制要求,CFG桩网复合地基沉降总量与沉降速率均小于砂桩网复合地基,且收敛速度快;受桩刚度差异的影响,CFG桩网复合地基与砂桩网复合地基桩土应力规律存在较大差异,前者桩土应力比随着路堤填筑加载而增大,最终趋于稳定,后者桩土应力比随荷载增加先增大后减小,再增大,呈波浪形变化;CFG桩网地基超孔压消散速率远小于砂桩桩网地基的超孔压消散速率;在施工工期较短的情况下,与砂桩网复合地基相比,CFG桩网复合地基处理技术的工后沉降控制效果更优。     

列车移动荷载下高速铁路板式轨道路基动力性态的全比尺物理模型试验

列车移动荷载下高速铁路板式轨道路基的振动特性和动力荷载传递规律对高速铁路的设计和运行维护十分重要。介绍了一种全比尺的高速铁路板式轨道路基模型和可模拟真实列车荷载高速移动的分布式加载系统,最高模拟列车速度可达360 km/h。基于该模型试验平台,对中国高速列车以不同速度运行下板式轨道路基的振动和动应力特性进行了试验研究。结果表明轨道结构的振动随着车速的提高近似呈线性增加的趋势;路基结构的振动存在阶段性,列车速度低于180 km/h时振动速度增长缓慢,而后随着速度的增加迅速增大;基床表层的碎石层对振动在路基中的传播有很好的吸收作用。试验发现,尽管无砟轨道路基表面的动应力水平远低于有砟轨道,但无砟轨道路基动应力沿深度的衰减速度要缓于有砟轨道。试验进一步发现,无砟轨道路基动应力的增长模式与列车速度和土体所处深度均有关,基于试验结果提出了用于预测高速铁路路基动应力的经验表达式。     

高铁无碴轨道路堑基床换填厚度与动力稳定

 针对武广高速铁路无碴轨道红黏土路堑基床换填厚度的确定问题,基于室内动力试验与现场动力响应测试成果,分别采用临界动应力法、动剪应变法初步评价红黏土路堑基床的长期动力稳定性,给出同时满足动强度和动变形条件的基床最小换填厚度理论值。在此基础上,综合考虑铁路路基构造要求、实测路基动响应影响深度、红黏土的特殊工程性质、安全储备等因素,给出便于工程应用的红黏土路堑基床最小换填厚度建议值。含水比、围压对基床换填厚度的影响表现为：换填厚度随含水比的增大而增大,随围压的增大而减小。对比分析表明：如果高铁无碴轨道路基满足动变形条件,则动强度条件就自动满足;动变形是高铁无碴轨道路基长期动力稳定的控制因素;动剪应变法是一种优于临界动应力法的高铁无碴轨道路基长期动力稳定性评价方法。研究成果为高速铁路无碴轨道路堑基床换填厚度的确定提供新的思路。     

刚性荷载下现浇X形桩复合地基桩侧摩阻力数值分析

作为异形截面桩,现浇X形桩承载特性主要受侧摩阻力特性的影响.采用有限元软件ABAQUS建立了三维X形桩和圆形桩单桩复合地基计算模型,对比分析了两种桩型的侧摩阻力分布特点和侧阻承载能力的差异.分别分析了X形桩侧摩阻力沿桩周和桩长的分布特性.结果表明X形桩侧摩阻力和侧阻承载能力都优越于等截面积的圆形桩,在理想成桩条件下,X形桩侧摩阻力在0.9倍桩长深度处比圆形桩侧摩阻力有较大的提高.在水平方向,由于土拱效应,X形桩凸出段侧摩阻力为凹弧段的1.5～3倍.深度方面,X形桩凸出段侧摩阻力与凹弧段侧摩阻力比值沿深度逐渐增大.这些结论为X形桩的承载力设计计算提供了一定的理论依据.     

CFG桩复合地基施工过程监测与数值分析

结合高速铁路某试验段工程,开展CFG桩+垫层处理地基试验。实测复合地基沉降变形、桩顶应力、桩间土应力;分析路基沉降变形、桩土应力比随填筑高度的变化规律;利用FLAC-3D建立路堤荷载下CFG桩复合地基三维参数化数值计算模型,将现场实测数据与数值计算结果进行对比,分析研究路堤荷载作用下CFG桩复合地基的工作性状。研究成果有助于高速铁路复合地基沉降控制、承载特性和应力传递机理的研究。     

CFG桩复合地基桩土应力现场测试与数值模拟

针对复合地基在路堤荷载下与刚性基础下受力结构模式存在一定的差异,对江西某高速公路软基试验段填砂路堤下CFG桩复合地基承载力特性进行了现场试验,同时采用有限元差分软件FLAC3D建立模型,对复合地基桩土应力与土体沉降进行了数值仿真计算。结果表明,静载试验测试桩间距1.5m的桩土应力比为5.58,与实际路堤加载监测值2.26和数值计算值2.72有一定的误差。因此,对于本工程仅采用静载试验确定路堤荷载下CFG桩复合地基承载力是不合适的。     

原状泥岩膨胀变形试验及计算模型研究

高铁无砟轨道对路基上拱要求极为严格,泥岩地基遇水后将导致路基上拱,进而影响到高速铁路行车的安全性。以兰新高铁一典型路基上拱地段地基泥岩为研究对象,开展了2 cm、4 cm和6 cm共3种不同高度,10 kPa、20 kPa、30 kPa、40 kPa和50 kPa共5种上覆荷载,以及5.5%、7.5%、9.5%、11.5%和13.5%共5种含水率下的膨胀变形试验。试验结果表明:原状泥岩膨胀量随吸水率增大而增大;上覆荷载对膨胀量起抑制作用,当荷载较小时,抑制作用较弱,荷载较大时抑制作用较强;原状泥岩高度越大,膨胀量越大,且膨胀量与高度不成比例增加;建立了综合考虑泥岩上覆荷载、含水率和高度耦合作用下膨胀量计算模型,模型计算结果与实测数据吻合较好,具有一定推广性。     

拓宽工程软基差异沉降影响因素及其敏感性分析

基于有限元方法,本文研究了拓宽工程软基差异沉降的诸多影响因素。分析表明,填土重度、软基特性、软土厚度、新旧路基处理方式影响最为显著,拓宽路堤尺寸、交通荷载等因素次之,而路堤拓宽方式、填土压缩模量、软基泊松比等参数则影响甚微。     

红岩寺隧道双块式无砟轨道整体道床施工技术

以宜(宜昌)万(万州)铁路红岩寺隧道双块式无砟轨道整体道床为工程实例,重点阐述了组合式轨道排架法在单线铁路隧道双块式无砟轨道整体道床施工中的应用,指出本方法适合于长大隧道无砟道床施工,对于桥梁、大型车站以及基础稳定的路基、路堑地段也有一定的指导意义。