列車移動(dòng)荷載作用下地基的動(dòng)應(yīng)力及飽和軟粘土特性研究.pdf

1、我國(guó)東南沿海地區(qū)是經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的區(qū)域，也是深厚飽和軟粘土地基廣泛分布的區(qū)域。“九五”期間該區(qū)域內(nèi)建成了許多重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，在有力地支持經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展的同時(shí)，也出現(xiàn)了突出的技術(shù)問(wèn)題：交通設(shè)施的長(zhǎng)期運(yùn)行引起了可觀的地基附加沉降。這個(gè)問(wèn)題的解決可以為現(xiàn)有交通設(shè)施的安全運(yùn)行和今后重大交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供重要的技術(shù)支撐，具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。列車引起地基動(dòng)應(yīng)力的分析，以及在這種動(dòng)應(yīng)力作用下飽和軟粘土動(dòng)力特性的研究恰恰是預(yù)測(cè)地基長(zhǎng)期附加沉降

2、的基礎(chǔ)。 本文在國(guó)內(nèi)外對(duì)列車振動(dòng)和循環(huán)荷載作用下土體動(dòng)力特性的研究基礎(chǔ)上，在理論分析和室內(nèi)試驗(yàn)兩方面進(jìn)行了如下研究工作： (1)推導(dǎo)了彈性半空間-Timoshenko梁在移動(dòng)荷載作用下的位移和地基表面反力解答，研究了荷載的臨界速度，并比較了彈性半空間-Timoshenko梁和彈性半空間-Euler-Bernoulli梁，發(fā)現(xiàn)對(duì)實(shí)際工程Euler-Bernoulli梁可以滿足計(jì)算精度，從而為采用彈性半空間-Euler-Be

3、rnoulli梁分析列車振動(dòng)提供了理論基礎(chǔ)。 (2)對(duì)列車振動(dòng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分析了列車振動(dòng)的特征，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)本文建立的理論模型的合理性進(jìn)行了驗(yàn)證。 (3)采用移動(dòng)荷載作用下彈性地基-Euler-Bernoulli梁模型，對(duì)列車移動(dòng)荷載引起的地基內(nèi)部動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行分析。研究了應(yīng)力的空間分布特征，時(shí)間變化特征，應(yīng)力路徑變化和主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)現(xiàn)列車移動(dòng)荷載引起的動(dòng)應(yīng)力是一種低幅非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，以一定的偏移應(yīng)力為基準(zhǔn)循環(huán)變化。主

4、應(yīng)力軸發(fā)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)，土單元應(yīng)力狀態(tài)周期地由單剪模式變化到三軸剪切模式再回到單剪模式。 (4)分析了列車車速、路堤剛度、地基剪切模量對(duì)應(yīng)力的影響。發(fā)現(xiàn)列車車速較低時(shí)，靜力解可以滿足精度。而列車車速較高時(shí)，動(dòng)應(yīng)力幅值迅速增大。一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)應(yīng)力峰值隨路堤剛度的增大而減小，但路堤剛度增大到一定值后，動(dòng)應(yīng)力基本不再變化。動(dòng)應(yīng)力隨地基剪切模量的變化較為復(fù)雜，與車速和土單元位置都有關(guān)系。 (5)利用GDS10Hz/20kN雙向振動(dòng)三軸

5、系統(tǒng)，模擬了列車動(dòng)應(yīng)力的低幅、低頻、作用時(shí)間長(zhǎng)、具有偏移應(yīng)力和雙向振動(dòng)的特性。通過(guò)循環(huán)三軸試驗(yàn)，研究蕭山原狀粘土的變形、孔壓發(fā)展和動(dòng)強(qiáng)度特性。研究表明偏移應(yīng)力的存在使得土體孔壓和變形發(fā)展加快，動(dòng)強(qiáng)度曲線降低，但對(duì)最小動(dòng)強(qiáng)度影響比較小。由于土體的各向異性和不均勻性，各向等壓振動(dòng)也會(huì)引起塑性變形累積和殘余孔壓發(fā)展，且塑性變形和殘余孔壓發(fā)展速率要大于同等幅值的動(dòng)偏應(yīng)力引起的變形和孔壓發(fā)展速率。動(dòng)應(yīng)力幅值越大，兩者差別越大。 (6)最后