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土-石混合填土强夯动应力的简化与修正算法

岩土力学 2024年第4期45卷 1121-1128页

作者：冉逸涵肖世国廖家前王础西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 成都建工第八建筑工程有限公司四川成都610081

强夯法是一种加固某些土体的施工操作较为简单的方法,合理分析其夯击作用在土体中产生的动应力是工程实践中的关键环节之一。针对成都平原地区的典型土-石混合填土,通过现场夯击试验,测得了在4000 kN·m的夯击能作用下土体中不同深度处... 详细信息

强夯法是一种加固某些土体的施工操作较为简单的方法,合理分析其夯击作用在土体中产生的动应力是工程实践中的关键环节之一。针对成都平原地区的典型土-石混合填土,通过现场夯击试验,测得了在4000 kN·m的夯击能作用下土体中不同深度处的竖向夯击动应力,鉴于既有算法与试验值的差异,从两个方面确定了适于土-石混合填土夯击动应力的简单计算方法。一方面针对较为复杂的既有理论公式问题,采用敏感性分析与回归分析法,建立了以夯锤质量、夯锤落距、夯锤半径、土体密度、土体动力剪切模量、土体泊松比、土体阻尼比、夯锤入土的速度损失率等8个参数表征夯击点冲击应力的线性回归方程;另一方面采用竖向动应力传递指数对理想弹性静力学理论公式进行修正,得到了基于拟静力法的土体中夯击动应力计算表达式,进而可分析确定强夯有效加固深度。试验结果显示,土-石混合填土的竖向动应力传递指数约为1.67357,土-石混合填土地层的强夯有效加固深度约为8.0m。

关键词：强夯现场试验土-石混合填土动应力应力分布

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铁路箱式路基结构静力解析方法研究

铁道标准设计 2024年

作者：陈文东肖世国王祥余雷西南交通大学土木工程学院西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室中铁第四勘察设计集团有限公司中国铁路经济规划研究院有限公司

铁路箱式路基结构是由顶板、底板与两腹板构成的内部中空的箱形钢筋混凝土结构，特别适用于高填方且放坡受限地段。为分析铁路荷载作用下该结构的静力学行为，将箱式路基结构分解为由顶板与腹板组成的上部结构和以底板呈现的下部结构，... 详细信息

铁路箱式路基结构是由顶板、底板与两腹板构成的内部中空的箱形钢筋混凝土结构，特别适用于高填方且放坡受限地段。为分析铁路荷载作用下该结构的静力学行为，将箱式路基结构分解为由顶板与腹板组成的上部结构和以底板呈现的下部结构，前者可简化为三次超静定的平面刚架模型，采用结构力学位移法转角位移方程求解，后者可视为有限长Winkler弹性地基梁模型。该方法可考虑上部结构腹板与底板连接结点处的位移连续性，以及分析地基差异沉降对上部结构产生的影响，并且考虑了单线铁路与双线铁路荷载的作用。依托新建衢州至丽水铁路箱式路基实例分析表明，提出的理论算法与数值模拟的箱体内力及变形基本一致，结构内力的理论值比FLAC3D模拟值高出约10%；10mm的地基差异沉降可使上部结构产生的附加弯矩和剪力分别为无沉降差时的0.71、0.19倍；单、双线铁路荷载作用下结构的弯矩极大值均位于腹板底端的底板处或底板跨中，剪力极大值均位于腹板底端的底板处；兼顾受力有利与经济节约以优化结构，顶板厚度、腹板厚度、底板外伸比分别宜取为0.6m、0.55m、40%。

关键词：铁路路基箱式路基结构内力平面刚架位移法弹性地基梁结构优化

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高路堤承台式抗滑桩力学行为的模型试验

应用力学学报 2024年

作者：邓明园杨泉肖世国李安洪中铁二院工程集团有限责任公司西南交通大学地质工程系西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室

高路堤承台式抗滑桩是一种可用于特殊条件下支挡高路堤的新型组合式抗滑结构，可适用于铁路沿线典型陡坡路堤工程，主要由上部的受荷桩板墙、中间的承台和下部的基础桩构成。为研究高路堤承台式抗滑桩在外荷载作用下桩侧土压力分布规律... 详细信息

高路堤承台式抗滑桩是一种可用于特殊条件下支挡高路堤的新型组合式抗滑结构，可适用于铁路沿线典型陡坡路堤工程，主要由上部的受荷桩板墙、中间的承台和下部的基础桩构成。为研究高路堤承台式抗滑桩在外荷载作用下桩侧土压力分布规律、内力与位移特征，依托云南弥勒至蒙自铁路某区段的典型高路堤工程，进行了几何、重度相似比分别为1:13和1:1的物理模型试验，并结合数值模拟及理论方法进行分析。结果表明：从桩-土系统变形发展与推力荷载关系而言，桩体水平位移随推力发展可分为较小推力作用下的线弹性小变形阶段、增长率缓慢增大的弹塑性变形阶段和增长率显著增大的塑性变形阶段共3个阶段；受荷桩板墙后侧土压力分布呈顶点位于中下部的抛物线模式；基础桩前侧和后侧土压力总体分别呈上小下大、上大下小的抛物线形分布，后侧土压力最大值位于基础桩顶端，后侧土压力合力占前侧的24%～37%；基础桩中部存在弯矩与剪力零点，其顶端弯矩、剪力较受荷桩底端显著减小，分别减小55%～60%、93%～94%；现行相关规范方法算得受荷桩、基础桩最大弯矩分别较试验值高出16%～36%、16%～23%，其算法显著偏保守；基础桩顶端弯矩较传统等截面抗滑桩减小56%～63%，意味着承台式抗滑桩可显著改善传统抗滑桩的“嵌固段”受力，整体上具有较为突出的力学性能优越性。

关键词：高路堤承台式抗滑桩力学行为土压力模型试验

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悬臂式挡土墙地震主动土压力计算方法

岩土工程学报 2023年第1期45卷 196-205页

作者：李昭颖肖世国西南交通大学地质工程系四川成都610031 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031

为确定悬臂式挡土墙立臂的地震主动土压力,针对墙后填土的5种可能失稳破坏模式,基于对数螺旋式滑裂面形态,采用极限分析上限定理与拟静力法推导了作用于假想坦墙背上的地震土压力合力;在此基础上,对坦墙背后滑楔体、立臂与坦墙背之间的... 详细信息

为确定悬臂式挡土墙立臂的地震主动土压力,针对墙后填土的5种可能失稳破坏模式,基于对数螺旋式滑裂面形态,采用极限分析上限定理与拟静力法推导了作用于假想坦墙背上的地震土压力合力;在此基础上,对坦墙背后滑楔体、立臂与坦墙背之间的土体分别采用斜条分与水平条分法,并通过土压力合力的上限解对坦墙背上的土压应力进行修正,进而求得立臂上的土压力分布。实例分析表明,立臂静土压力沿深度分布呈顶点位于下部的抛物线模式;地震土压力分布一般呈非线性递减模式,计算值与试验值有良好的一致性;两种工况下合力作用点分别位于立臂下半段与上半段。参数分析显示,水平地震影响系数、踵板宽度和立臂倾角的增加均使立臂中上部地震主动土压力显著增大;地震条件下增长踵板宽度会导致立臂受力增加。在强震条件下,本法得到的立臂土压力比铁路规范法的结果高出约9%~14%,立臂底端弯矩更显著高于规范法结果,规范法进行强震条件下悬臂墙的抗震设计可能偏于不安全。

关键词：悬臂式挡土墙地震主动土压力极限分析条分法拟静力法

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铁路鼎式路基结构分析方法

土木工程学报 2022年第5期55卷 116-128页

作者：齐远肖世国西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031

鼎式路基结构是通过同一板体将上部低矮的U型槽结构与下部中空的箱型结构连接为一体的新型路基结构,适于填高较大、用地局限及软弱地基的情况。为合理确定此新结构的理论计算方法,基于极限平衡理论,并结合水平条分法,分析推导出两类路... 详细信息

鼎式路基结构是通过同一板体将上部低矮的U型槽结构与下部中空的箱型结构连接为一体的新型路基结构,适于填高较大、用地局限及软弱地基的情况。为合理确定此新结构的理论计算方法,基于极限平衡理论,并结合水平条分法,分析推导出两类路基宽度下的上部槽内填土土压力与路面荷载附加应力的计算方法,进而将鼎式结构分解为上部结构与基础梁结构分别分析,前者可简化为平面刚架结构,后者可视为弹性地基梁结构,从而通过结构力学的力法与Winkler弹性地基梁理论分别对其求解,其间考虑了基础梁与上部结构的变形协调,且可分析地基差异沉降引起的上部结构附加内力与位移,并基于拟静力法分析路基结构整体地震稳定性。实例分析表明,理论分析与数值模拟结果整体上基本一致,结构内力的理论值比模拟值约高出3%~16%;地基差异沉降引起的上部结构附加内力一般不可忽视。在路基总高度不变的情况下,上部底板、基础板及腹板厚度均宜薄,所取的腹板高度应使上部底板与基础板最大弯矩之和最小,基础板外伸比宜为30%左右,以此优化鼎式结构型式。

关键词：鼎式路基土压力平面刚架弹性地基梁结构优化

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基于串联流变模型的锚拉力松弛分析方法

水文地质工程地质 2023年第5期50卷 68-79页

作者：邓益肖世国西南交通大学地球科学与环境工程学院四川成都610031 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031

加固坡体的预应力锚索结构存在锚索拉力随时间松弛问题,为了合理预测分析锚索拉力松弛,基于锚索-边坡体系中滑床、锚索、滑体、坡面抑制构件之间的相互作用与锚固系统受力、变形基本机理,建立了一种采用虎克体模拟锚索或坡面抑制构件、... 详细信息

加固坡体的预应力锚索结构存在锚索拉力随时间松弛问题,为了合理预测分析锚索拉力松弛,基于锚索-边坡体系中滑床、锚索、滑体、坡面抑制构件之间的相互作用与锚固系统受力、变形基本机理,建立了一种采用虎克体模拟锚索或坡面抑制构件、开尔文体模拟滑床、开尔文体或广义开尔文体模拟土质或岩质滑体的锚索-滑床-滑体-坡面抑制件的四体串联式流变模型,推导了锚索拉力松弛的计算方程。实例分析表明:所提出模型的锚索拉力松弛计算值与试验或实测结果的误差小于既有模型的计算误差,计算得到的锚索拉力松弛收敛值的最大计算误差约为11%,松弛历时的最大误差约为10%;锚索拉力松弛率随锚索的直径和弹性模量的增大呈线性增大,随锚孔间距、滑床和滑体的滞后弹性模量与黏滞系数(尤其初期阶段)的增大呈非线性减弱,而滑床和滑体的瞬时弹性模量、坡面抑制构件的弹性模量均对锚索松弛效应影响很小。所建立的方法可用于定量评估预测预应力锚索加固坡体的锚拉力松弛效应,进而可用于分析锚固边坡长期稳定性。

关键词：边坡预应力锚索锚索拉力松弛效应串联流变模型

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边坡预应力锚索结构拉力松弛分析模型

应用力学学报 2023年

作者：邓益肖世国西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室西南交通大学地球科学与环境工程学院

为合理解决预应力锚索加固边坡的锚索拉力松弛分析问题，考虑锚索、锚固段地层、自由段滑体和坡面抑制构件的相互作用特征，建立了一种采用虎克体模拟锚索或坡面抑制构件、开尔文体模拟滑床、开尔文体或广义开尔文体模拟土质或岩质滑体... 详细信息

为合理解决预应力锚索加固边坡的锚索拉力松弛分析问题，考虑锚索、锚固段地层、自由段滑体和坡面抑制构件的相互作用特征，建立了一种采用虎克体模拟锚索或坡面抑制构件、开尔文体模拟滑床、开尔文体或广义开尔文体模拟土质或岩质滑体的并联-串联组合分析模型，推导了锚索拉力松弛计算表达式。室内试验与现场实测结果表明，本法计算的锚拉力松弛后稳定值与实测值误差在6%以内，而其松弛历时的最大误差为7.7%，本法优于既有方法的计算结果。锚索拉力的松弛效应随锚孔间距、锚固段地层的滞后弹性模量和初期黏滞系数的增大呈非线性减弱，但随着锚索的直径和弹性模量的增大呈线性增强，而锚固段地层的瞬时弹性模量、自由段滑体的瞬时弹性模量、滞后弹性模量和黏滞系数均对锚索松弛效应影响很小；实际中一般可采用忽略自由段滑体影响的“坡面抑制构件-锚索-锚固段地层”的串联分析模型，以便捷估算锚索拉力松弛效应。

关键词：预应力锚索边坡锚拉力松弛串联模型并联模型

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铁路高填方箱型路堤结构计算方法

山东大学学报（工学版） 2022年第4期52卷 166-174页

作者：谢海旭肖世国西南交通大学地球科学与环境工程学院四川成都610031 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031

针对铁路高填方路基工程设计中存在的问题,提出了一种新型路堤结构——箱型路堤结构。其整体结构由下部的中空钢筋混凝土箱型体和上部的道床结构组成,具有占地面积小、自重低、整体刚度大、稳定性高等优点,适于用地受限、填方高度较大... 详细信息

针对铁路高填方路基工程设计中存在的问题,提出了一种新型路堤结构——箱型路堤结构。其整体结构由下部的中空钢筋混凝土箱型体和上部的道床结构组成,具有占地面积小、自重低、整体刚度大、稳定性高等优点,适于用地受限、填方高度较大、地基较为软弱等情况。通过力学等效拆分,将箱型结构拆分为上部的框架结构和下部的底板,前者采用结构力学方法、后者采用弹性地基梁方法进行分析,其间将底板位移引入上部结构分析中,该方法充分考虑了地基-底板-上部结构的相互作用。以帕德玛大桥某单线路基工点为实例,对提出的箱型路基型式进行验证。实例分析表明:箱型路堤结构的弯矩极大值位于顶板或底板的跨中截面,剪力极大值位于顶板与腹板或中隔板连接处,腹板承受的弯矩与剪力较小。中隔板的设置对箱型路堤结构受力改善效果显著,可使顶板与底板的最大弯矩降低40%以上。

关键词：铁路路堤计算方法理论分析箱型结构结构-地基相互作用

挡土墙地震主动土压力拟静力法的集中与分散模式对比

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铁道标准设计 2022年第12期66卷 20-26页

作者：郑涛肖世国西南交通大学地质工程系成都610031 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031

采用拟静力法计算刚性挡土墙地震主动土压力时,地震惯性力的施加分为分散于土体各处与集中于滑动土楔体质心两种模式。为确定两种施加模式的计算结果差异,针对墙背倾斜、层状填土、表面条形荷载等一般条件下地震主动土压力问题,采用平... 详细信息

采用拟静力法计算刚性挡土墙地震主动土压力时,地震惯性力的施加分为分散于土体各处与集中于滑动土楔体质心两种模式。为确定两种施加模式的计算结果差异,针对墙背倾斜、层状填土、表面条形荷载等一般条件下地震主动土压力问题,采用平行于土面的斜向条分方法,基于极限平衡条件推导分散和集中模式下土压力递推计算公式,可确定土压力大小及分布模式。实例分析表明,本文算法与振动台模型试验、数值模拟的结果较为一致;两种模式的地震主动土压力合力大小相等,但二者分布模式及合力作用点位置存在明显差异;集中模式的土压力作用点高于分散模式结果,随着水平地震系数由零开始逐渐增大,二者差异先增大后减小,当水平地震系数取0.2时,集中模式与分散模式的主动土压力作用点高度比分别为0.7、0.48~0.56,二者相差达到最大值;对于墙体稳定性及地基承载力检算,集中模式比分散模式的计算结果均偏安全。

关键词：挡土墙地震主动土压力拟静力法地震惯性力集中模式分散模式墙体稳定性