交通荷載作用下軟土地基的動力響應(yīng)和長期沉降研究.pdf

1、近年來，隨著高速鐵路、高速公路的快速發(fā)展，移動荷載作用下地基的動力響應(yīng)研究受到越來越多的重視。當(dāng)車輛的運行速度提高到一定程度后，地基振動會急劇增大，即發(fā)生共振現(xiàn)象，這將對車輛的運行安全構(gòu)成巨大威脅?；诖?，本文對飽和地基在移動荷載作用下的動力響應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究和探索。此外，在長期交通荷載作用下，軟黏土地基會產(chǎn)生較大的累計沉降和沉降差。這將嚴(yán)重影響車輛的正常運營，導(dǎo)致保養(yǎng)和維修費用增加，甚至帶來安全事故。如何對交通荷載作用下軟土地基的長

2、期沉降進(jìn)行合理的預(yù)測是當(dāng)前急需解決的重要研究課題。為此，本文提出了一種新的預(yù)測軟土地基長期沉降的方法。
　　首先，利用積分變換法研究了飽和半空間在移動荷載作用下的動力響應(yīng)特性。在頻域-波數(shù)域中分析了飽和土中體波和面波的彌散曲線、飽和土的Rayleigh波方程、多普勒效應(yīng)和動力響應(yīng)中波的組成等。將飽和土在移動荷載作用下的動力響應(yīng)同飽和土中的波聯(lián)系起來。在時域-空間域中分析了地基表面的波動狀況和振動狀況，并對地基的振動特性進(jìn)行了研究。

3、
　　針對地基土層的實際分布和地下水對動力響應(yīng)的影響，本文提出了上覆彈性層的飽和半空間模型。此模型中地基被分為兩層，地下水位線之上的干土層用彈性介質(zhì)模擬，地下水位線之下的部分被模擬為飽和半空間，上覆彈性層與下部飽和半空間之間的交界面被考慮成完全透水的或完全不透水的兩種情況。本文研究了上覆彈性層的飽和半空間模型在移動荷載作用下的動力響應(yīng)，并對彈性層厚度以及彈性層和飽和半空間之間的交界面透水性對動力響應(yīng)的影響進(jìn)行了分析。
　　工

4、程實際中，地基表層多少都經(jīng)過處理，具有一定的透水性能（滲透系數(shù)既非無窮小也非無窮大），應(yīng)該考慮成半透水邊界條件。本文研究了半透水邊界的飽和半空間在移動荷載作用下的動力響應(yīng)，并討論了邊界透水性能對動力響應(yīng)的影響。
　　此外，本文建立了地下軌道和地基耦合系統(tǒng)的簡化模型，研究了耦合系統(tǒng)在埋置移動荷載作用下的動力響應(yīng)。采用傳遞反射矩陣法(TransmissionandReflectionMatricesMethod)來考慮彈性地基或飽和地

5、基的成層性。TRM法在處理成層地基的高頻、高速等問題上是很有效的。為了比較幾種模型的不同，本文分別給出了彈性成層地基、彈性成層地基和梁耦合系統(tǒng)、飽和成層地基、飽和成層地基和梁耦合系統(tǒng)在埋置移動荷載作用下的動力響應(yīng)積分形式解。當(dāng)退化為一些簡單情況時，本文解與已有的解能很好的吻合，也證明了本文解的正確性。本文還通過數(shù)值計算討論了荷載速度、荷載頻率、荷載埋置深度、梁剛度、夾層等因素對地基表面振動的影響。
　　在長期循環(huán)荷載作用下，飽和軟

6、黏土強度和剛度發(fā)生衰減，導(dǎo)致土體出現(xiàn)塑性變形。本文基于已有的飽和軟土循環(huán)三軸試驗數(shù)據(jù)，提出剛度衰減修正公式，建立起剛度衰減系數(shù)與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系。然后對有限元軟件ABAQUS進(jìn)行二次開發(fā)，將剛度衰減模型嵌入到有限元分析程序中去。這樣，荷載每循環(huán)一次，各土體單元的剛度就按規(guī)律衰減一次，從而可以計算出此次循環(huán)加載后整個土體的累積塑性變形。最后采用該方法，對交通荷載作用下典型蕭山軟土地基的累積沉降進(jìn)行了預(yù)測。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，交通荷載下地基的長