某铁路路基变形沉降原因分析

以某铁路DK56+043～+150段路基工程沉降为背景,从地质岩土层条件、地下水位变化核查出发,通过对路堤本体各部位及地基本身进行沉降监测,分析了该段路基变形原因,研究了路基本体、地基下卧层引起的沉降变形与路基总体沉降量之间的关系,提出了控制路基沉降的工程措施建议。结论如下：该段路基填筑体和换填层均存在一定的压密变形;沉降变形主要原因是路基填筑体未完全压密,路堤本体存在一定的压缩变形,以及地基存在下卧层,目前尚未完全固结,尚存一部分固结沉降,根据水位监测和地基沉降速率对比分析,一部分沉降来自于地下水位下降引起的沉降。     

差异沉降条件下黄土拓宽路基协调机制模型试验研究

以黄土地区高速公路拓宽工程为研究背景,借助大型地基沉降模拟试验平台,实现拓宽路基荷载下地基沉降变形的人为模拟,开展几何相似比为1∶1的足尺模型试验,建立路基内部土体及加筋材料变形监测系统,分析新老地基差异沉降条件下路基内部土体及加筋体的响应机制。试验结果表明：拓宽路基荷载作用下,随着地基差异沉降的增加,路基内部土体是一个不断变形协调过程,当地基差异沉降S达到9 cm时,路基与路面结构层出现脱空;新老路基拼接段铺设土工材料能使松散土体形成板结复合体,土工材料能够增强新老路基的整体稳定性和力学特性,土体填料更容易形成自拱效应;土工格栅能一定程度上消解新老路基间的差异沉降。随着新老地基差异沉降的增加,土体内部筋材受力不均匀且筋材内部相应产生了交替拉压应变,应变整体呈现增加的趋势,当新老地基差异沉降达到16 cm时,土工格栅拉压应变趋于稳定,土工格栅拉伸或压缩极限变化量仅为2 mm,远小于土工格栅破坏极限。     

CFG桩在路基拓宽中应用的数值模拟

以有限元软件Plaxis为工具,对软土路基拓宽进行模拟,揭示了路基拓宽后CFG桩复合地基的变形规律和承载特性。结果表明：路基拓宽后的最大沉降和水平位移均发生在新填筑的路堤,新路基采用CFG桩复合地基处理法能有效地减小沉降和水平位移,桩长和桩问距对CFG桩复合地基的荷载传递有较大影响。     

高铁路基下长短桩处理的湿陷性黄土地基沉降分析

以某高速铁路客运专线湿陷性黄土路基试验工程为依托,进行了沉降变形观测和路基沉降预测,研究了高速铁路技术条件下长短桩复合地基的沉降变形特性和沉降控制效果。结果表明,地基压缩沉降是路堤沉降的主要组成部分,地基的沉降主要体现在地基处理深度以下的下卧土层的沉降上。采用双曲线法、三点法和Asaoka法曲线拟合法预测路堤的最终沉降量是合理的,剩余沉降量满足铺设无砟轨道对路基工后沉降的控制要求,采用CFG桩+柱锤冲扩桩的长短桩复合地基是一种合理、有效的沉降控制方法。     

软土地基上路基加宽的有限元分析

通过有限元方法,分析了加宽荷载作用下软土地基的变形特性,结果表明,新路堤使用轻质土填筑,能有效地减小路基的附加沉降量及新老路堤下路基的差异沉降,降低差异沉降的坡度。     

路堤荷载下CFG桩复合地基失稳破坏特性离心模型试验

掌握路基工程CFG桩复合地基失稳破坏特性是建立稳定分析方法的基础。针对路堤荷载作用下深厚软黏土地基,开展了3组CFG桩复合地基离心模型试验,采用自行研制的空中泄砂装置模拟路堤分层填筑过程,设计制作砂浆包裹石墨芯的模型桩监测桩体破坏时序,通过摄影测量技术获取地基土位移场云图,分析复合地基的承载与变形特性及失稳滑动形态。试验表明,随路堤荷载增加,位于坡脚附近的桩体首先发生破坏,并逐渐向路堤中心发展,呈现渐进破坏特点,复合地基发生整体失稳后滑面近似呈圆弧状;桩体破坏形态与桩周土体变形特性密切相关,地基发生隆起变形的坡脚附近桩体呈现拉弯破坏特征,承受路堤荷载较大的路肩附近桩体以压弯破坏为主;桩帽对桩土荷载分担影响显著,桩身轴力增大可提高桩体抗弯拉能力,有利于复合地基稳定性提高。     

大厚度湿陷性黄土隧道现场浸水试验研究

对于穿越大厚度湿陷性黄土地层的隧道,其围岩湿陷变形会威胁隧道结构的稳定性。为了分析黄土围岩湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,选取典型大厚度湿陷性黄土隧道场地,通过开展隧道场地地面浸水试坑试验及隧道仰拱浸水试验,测试了地面入渗和隧道基底入渗过程中不同埋深地层的湿陷沉降变形及地基的沉降变形、入渗过程中围岩的体积含水率变化分布、试坑周边地层的侧向位移、衬砌结构接触压力和轴力,研究了既有隧道黄土地层的湿陷变形特性及水分运移规律、隧道结构力学响应。结果表明,隧道开挖、衬砌作用扰动黄土结构,增大了围岩及深层黄土的渗透性;与天然黄土场地试坑浸水入渗比较,增大了竖向浸水范围,减小了水平向浸水范围。隧道围岩湿陷变形改变了围岩与衬砌结构的相互作用性状。围岩湿陷和地基软化作用增大了二次衬砌结构侧墙竖向荷载和侧墙围岩的挤压作用,引起拱脚地基承载力减小和沉降变形发展,拱顶、拱肩接触面呈受拉状态;仰拱中部地基土的抗力作用抑制其沉降变形,从而使得拱脚和仰拱中部出现显著的沉降差,导致仰拱混凝土开裂,形成纵向裂缝。此外,浸水范围内黄土的湿陷变形不仅引起竖向沉降变形,还会引起周围土体产生侧向水平位移;洞口边坡场地黄土的湿陷性和地层湿陷变形差异较大,反映了黄土山岭黄土场地地层条件复杂多变的特征。     

煤矸石浸水路堤变形稳定研究

煤矸石是煤矿建设开采加工过程中的一种工业废渣,可以用于路基或路堤的填筑。为了对荷载作用下煤矸石路堤在浸水状态下的变形稳定影响因素进行分析,文章首先通过对泰州某电厂附近煤矸石进行室内材料试验,结果表明该煤矸石的基本性能能够满足公路路堤材料的力学性能要求。然后通过ABAQUS数值分析不同影响因素对煤矸路堤变形的影响,计算了在不同条件下路堤模型的竖向沉降、顶面不均匀沉降以及坡脚最大水平位移,并对其变化规律进行了研究,得出了影响路堤模型变形的关键因素。最后提出了做好路堤隔水排水措施、适当减缓坡度及增大其压实度等提高浸水路堤稳定性的措施。     

软土地区公路拓宽工程的力学响应分析

针对路基拓宽工程中新老公路修建历史的差异、沉降变形的特点及其对路面结构的显著影响,建立了软土地区公路拓宽的平面非线性有限元分析模型,详细分析了老路地基为天然地基和复合地基两种工况下的力学响应。计算结果表明,拓宽荷载可致使地基产生显著的二次沉降,并在老路坡脚处地基内形成较大的超孔隙水压力;既有路基顶面的不均匀变形由新建路基的"盆形"逐渐发展为"倒钟形",而基层顶面的应力也逐步由压应力发展为拉应力,从而产生路基拓宽工程的特殊损坏模式-基层顶面弯拉开裂。同时,新老地基处理的强度差异对拓宽工程性状具有极其重要的影响。上海沪宁高速公路所采用的桩网复合地基,可充分减少由于拓宽附加荷载引起的二次沉降。     

黄土路基变形特性的试验研究

针对黄土路基的变形问题,通过室内压缩试验研究初始含水率、压实度及外荷载对压实黄土的变形的影响,得出了黄土压缩变形和湿陷变形随初始条件改变的变化规律,分析结果表明:路基黄土的初始含水率在一定的范围内才能同时满足压密变形和湿陷变形量都相对较小;适当地增大黄土的压实度有利于减小黄土的工后沉降量;外力是影响黄土变形的最重要的外在因素,外荷载在一定范围内增大会导致黄土变形量的增大。     

软土桩基上拓宽路堤的变形破坏离心模型试验

采用离心模型试验手段,以广州高速公路改扩建工程为背景建立模型,设计相应尺寸的模型试验方案,模拟软土桩基上的新路堤拓宽过程,研究软土桩基的变形破坏规律与机理。结果表明:旧路堤主要发生竖向位移,新路堤发生沉降和一定量水平位移; 新路堤坡肩区域出现向坡脚滑动趋势,导致新路堤施工过程中路堤和软基产生滑动破坏; 新路堤中的滑裂面首先出现,从新路堤坡肩到短桩顶端自上而下逐渐形成; 在新路堤滑裂面形成过程中,软基中的滑裂面从旧路堤下的地基表面至新路堤坡脚下地基部分自内向外逐渐形成,2条滑裂面几乎同时达到贯通状态; 管桩发生一定程度的倾斜,在滑裂面出现之前的某一时刻倾斜角度迅速增加; 在局部滑裂面附近位移出现较快增长,变形较为集中; 变形局部化导致了局部发生破坏,而局部破坏促进了变形局部化的进一步发展,二者的耦合发展最终导致土体发生破坏。     

高速公路扩建中的软土地基处理

高速公路路基的加宽工程要考虑路基的整体稳定和沉降差异问题,新路基的建设会引起路基边坡失稳和新旧路基的沉降差异,因此高速公路路基扩建加宽中软土地基工程的关键就是如何减小新旧路基之间的沉降差异,保证新旧路基之间的有效连接。     

黄土贴坡高填方变形破坏机制研究

受地形条件限制,黄土山区贴坡高填方工程近年逐渐增多并出现了一些失稳事故,亟需对其变形破坏机制进行研究。以黄土梁地形上某机场建设工程中的失稳贴坡高填方为例,通过现场详勘与工程地质调查,分析并总结了这类边坡的结构特点及变形破坏的关键影响因素,进而针对性的开展了压实黄土增湿变形试验、Q2离石黄土高压湿陷试验、CTC及RTC路径三轴试验,结合现场资料与室内试验结果对其变形破坏机制进行了研究。结果表明:下覆地形高差导致填方厚度差异,进而引起的坡顶地面差异沉降裂缝是诱发后续变形破坏的必要条件。黄土贴坡高填方变形破坏机制可以概括为:工后土体固结沉降、填土增湿及黄土高压湿陷沉降致裂→水分沿裂缝入渗软化土体→形成中部初始滑面→前部土体加载增湿破坏→后部土体卸荷增湿破坏→锁固段土体加载增湿破坏→滑面贯通整体失稳。该结果有助于加深对贴坡高填方变形破坏演化过程的认识,可以为这类边坡的防治工作提供科学依据。     

海域扩宽公路的变形特征及数值模拟分析

随着我国经济社会的发展,道路扩宽工程日益增多,然而针对海域公路这一特殊工况下道路扩宽的报道及研究尚少。本文以海域公路拓宽为背景,结合数值分析,研究了原有路堤和拓宽路堤的沉降变形规律,并在原有地基不同固结度条件下的新路堤拼宽变形及稳定予以分析,结果表明:地基沉降和水平位移主要发生在软土浅层,新路堤下土体侧向位移均向外侧,地基土的侧向挤出是导致原有路堤不均匀沉降的重要原因;在拓宽荷载作用下,在新旧路堤结合面及其附近会产生过大的剪应力,同时地基内超静孔压分布表明路堤结合部的稳定性最差;原有地基的固结情况对拼宽路段的工后沉降及边坡稳定影响较大,但当固结度达到95%后其影响降低,建议原有地基固结度达到95%时进行道路拼宽作业。     

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。     

水位下降条件下土坡破坏的离心模型试验研究

水位下降引起土坡破坏的规律机理对于发展稳定性分析方法具有重要意义。研制了离心模型试验中超重力场水位升降模拟设备,进行水位下降条件下黏性土坡变形破坏的离心模型试验。根据试验位移测量结果,基于变形与破坏过程集成分析的思路探讨了土坡破坏机理。水位下降导致土坡发生由坡顶向坡脚的渐进性的错动破坏。水位下降条件下土坡的变形和破坏过程是耦合的。变形局部化发展是导致滑裂面出现的根本原因。滑裂面出现后滑动体内部仍发生显著的变形,并与滑裂面上的错动变形相耦合。     

饱和黄土边坡的动力失稳机制研究

通过对无限边坡的拟静态平衡分析和考虑饱和黄土在地震作用下动孔隙水压的增长规律,探讨了动孔隙水压对饱和黄土无限边坡地震期间和震后稳定状态的影响。分析表明,地震时孔隙水压累积导致的抗剪强度衰减会导致边坡发生永久变形,甚至导致整体滑动破坏或因黄土液化而发生流滑破坏。引入一个粘聚力界限值来区别黄土边坡的最终破坏模式,以及动孔压比的两个界限值来评价抗剪强度衰减对其破坏机制的影响。最后给出了此类边坡稳定状态的判别图,并建议了分析步骤。     

粉土路基边坡稳定性机理分析

通过数值仿真分析,对最不利含水量条件下,不同压实系数、路基高度、路肩宽度、边坡附加荷载大小的粉土路基边坡稳定性进行了分析,得到了边坡稳定性与上述设计参数的关系和路基稳定性的临界条件,可为粉土路基边坡稳定性评价提供指导。     

基于渐进破坏的路堤下刚性桩复合地基的稳定性分析及控制

传统的刚性桩复合地基支承路堤的稳定分析方法均是假定滑动区内桩体发生同时破坏。在已有研究基础上,采用有限差分方法开展了考虑桩体破坏后的不同性状(post-failure behavior)和不同桩体破坏顺序的路堤稳定性分析,结果表明无筋刚性桩复合地基首先在局部位置发生脆性弯曲破坏,应力释放后引发相邻桩体的弯矩大幅度增加并发生弯曲破坏,从而产生由局部桩体的弯曲破坏引发不同位置桩体的渐进破坏,并最终导致复合地基发生失稳破坏。假定桩体同时发生破坏的复合地基支承路堤的稳定分析方法将显著高估路堤稳定性,路堤下复合地基的稳定性分析应考虑局部位置首先破坏并引发其它位置桩体的渐进破坏。基于复合地基中桩体渐进破坏控制的理念,提出了路堤下复合地基关键桩的概念和分区不等强设计的稳定性控制方法,通过提高关键桩桩体抗弯强度及延性的方法,可有效提高路堤整体稳定性。     

地震作用下黄土边坡震陷破坏的动力离心模型试验研究

为研究黄土边坡地震动响应机制,以兰州地区典型边坡为原型,设计并完成了几何比尺1∶20的原状黄土边坡动力离心模型试验。系统地研究了黄土边坡的地震动力响应特性、黄土边坡的稳定性和震陷变形规律。表明黄土边坡的加速度放大效应随坡高呈非线性增大变化,且在坡体顶部到达最大;边坡坡面的动力放大效应大于坡体内的动力放大效应;边坡断面内坡肩下动力放大效应大于坡中下动力放大效应。强震作用下黄土边坡破坏形式表现为坡顶有明显的震陷下沉,坡顶、坡肩及坡面出现大量的震动裂隙。由于坡肩及破面震陷变形,以及坡体内震动裂缝发展,边坡中下部坡面出现挤出、隆起变形,并向临空面方向产生移动。坡体内震动裂缝发展形成了潜在滑移面,为边坡产生整体滑移提供了条件。