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塌陷区上覆加筋路基力学行为演化与变形机理细观研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1523-1536页

作者：王志杰高古顺杨广庆熊保林秦岩孟猛石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 土工合成材料应用河北省工程研究中心河北石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 河北供水有限责任公司河北石家庄050011

为深入揭示塌陷区上覆加筋路基力学行为演化与变形机理,本文基于室内试验建立塌陷区上覆加筋路基离散元数值分析模型,从细观层面分析不同筋材长度、塌陷区宽度、路基高度条件下颗粒间接触力链分布、颗粒间相对位移、筋材弯曲变形与拉力... 详细信息

为深入揭示塌陷区上覆加筋路基力学行为演化与变形机理,本文基于室内试验建立塌陷区上覆加筋路基离散元数值分析模型,从细观层面分析不同筋材长度、塌陷区宽度、路基高度条件下颗粒间接触力链分布、颗粒间相对位移、筋材弯曲变形与拉力、土拱比等变化规律,进而探究筋材长度、塌陷区宽度、路基高度对加筋路基力学行为与变形机理的影响规律。研究结果表明:合理的加筋长度能够使筋材有效承担上部路基荷载并限制路基填料颗粒间的相对位移;本研究中当筋材长度L=500 mm时,限制路基填料颗粒间相对位移的效果最佳,此时,筋材拉力达到最大值,筋材的弯曲变形达到最小值,颗粒间接触力链形状表现为完整拱形;在锚固比相同的条件下,塌陷区宽度越大,土拱效应的发挥程度就越低,土拱比就越小,颗粒间接触力链形状由完整拱形演变为2条未闭合的斜边,随着塌陷区宽度的增加,路基变形范围和筋材变形逐渐增加,加筋效果逐渐减弱;随着路基高度的增加,能够有效限制土拱效应的退化并使土拱效应得到充分发挥,颗粒间接触力链形状由2条和路基底部具有一定夹角的斜边演变为完整拱形,筋材拉力逐渐增大,筋材水平与竖向位移均逐渐减小,路基变形范围形状由矩形变为环状椭圆形且宽度基本不变。

关键词：加筋路基局部塌陷区土工织物力学行为变形机理离散元模拟

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土工格室加筋路基振动压实行为及预应力效应

岩土力学 2024年第S01期45卷 771-782页

作者：赵阳卢正颜廷舟李剑唐楚轩邱煜姚海林中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院武汉岩土力学研究所环境岩土工程湖北省重点实验室湖北武汉430071 湖北省交通规划设计院股份有限公司湖北武汉430051 中国科学院大学北京100049

通过建立路基离散元模型和土工格室有限差分模型,开展了一系列有限差分法-离散元法(finite difference method-discrete element method,简称FDM-DEM)耦合数值计算,探明了土工格室加筋路基在振动荷载作用下的压实行为。进一步揭示了土... 详细信息

通过建立路基离散元模型和土工格室有限差分模型,开展了一系列有限差分法-离散元法(finite difference method-discrete element method,简称FDM-DEM)耦合数值计算,探明了土工格室加筋路基在振动荷载作用下的压实行为。进一步揭示了土工格室对路基压实后水平残余应力的贡献,并在此基础上,提出了土工格室加筋路基的预应力效应,以体现施工期格室填料在经历加载并卸载后引起的格室撑阔对加筋效果的提升。结合微观接触组构、配位数变化、压实过程的应力路径,探讨土工格室加筋路基预应力效应的形成机制。研究结果表明,相较于未加筋路基,土工格室可以提高加筋路基的回弹模量,增加压实路基的水平残余应力。在振动荷载作用下,土工格室呈现上开口的喇叭形,土工格室口袋被撑阔,格室壁的最大应变为0.17%~0.21%。接触力分布也表明,在振动压实作用后,力链由竖直向水平方向发展,这体现在水平残余应力的增加,而土工格室则进一步提升了颗粒的横向接触力。

关键词：土工格室加筋路基振动压实数值计算 FDM-DEM耦合

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岩溶塌陷影响下加筋路基加筋体设计方法

中南大学学报（自然科学版） 2018年第1期49卷 208-216页

作者：陈福全万梁龙福州大学土木工程学院福建福州350116

土工合成材料可用来加固受岩溶塌陷影响的路基,有效地防止路堤突然塌陷,减缓地表沉降,起到预警作用。但该技术目前仍没有较为成熟的设计方法。统计已有的活动门实验数据,提出计算塌陷区加筋体上竖向荷载的简化太沙基公式。针对塌陷尺寸... 详细信息

土工合成材料可用来加固受岩溶塌陷影响的路基,有效地防止路堤突然塌陷,减缓地表沉降,起到预警作用。但该技术目前仍没有较为成熟的设计方法。统计已有的活动门实验数据,提出计算塌陷区加筋体上竖向荷载的简化太沙基公式。针对塌陷尺寸相对较小的情况,假设作用在塌陷区加筋体上的竖向荷载为倒三角分布模式,推导并验证了计算加筋体挠曲、拉力和地表沉降的解析方程。提出同时考虑正常使用极限状态和承载能力极限状态的设计方法,分析塌陷宽度、路堤高度、土体内摩擦角等参数对加筋体最大拉力和地表沉降的影响。研究结果表明:塌陷宽度是影响加筋体选取的最主要因素,当加筋体刚度增加到一定程度之后,再提高加筋体刚度对减小地表沉降不明显。

关键词：道路工程加筋路基土拱效应加筋体设计方法

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受空洞坍塌影响的加筋路基研究综述

岩土力学 2018年第9期39卷 3362-3376页

作者：陈福全赖丰文李大勇福州大学土木工程学院福建福州350116

工程上常利用水平加筋法来预防或延迟因受交通荷载和地下水等因素导致空洞坍塌而引起的临近道路的突发性破坏,起到破坏预警作用;但加筋体界面特性与作用机制相当复杂,下伏空洞加筋路基缺少完善的设计方法。通过总结国内外已有文献的研... 详细信息

工程上常利用水平加筋法来预防或延迟因受交通荷载和地下水等因素导致空洞坍塌而引起的临近道路的突发性破坏,起到破坏预警作用;但加筋体界面特性与作用机制相当复杂,下伏空洞加筋路基缺少完善的设计方法。通过总结国内外已有文献的研究成果,重点阐述了受空洞坍塌影响的加筋路基-路堤力学机制与作用机制,包括对路堤填土滑移面的定义、层间土拱效应、加筋体拉膜效应、塌陷区上覆填土膨胀、锚固区筋土界面摩擦及过渡区加筋体张拉力折减等方面;总结了空洞区加筋路基已有的设计方法,并进行了对比与讨论。结果表明,已有成果对受空洞坍塌影响的加筋路基-路堤荷载传递机制、渐进性破坏演变机制、沉降计算、极限承载力与稳定性问题等方面的研究仍显不足,针对加筋体上方荷载分布形式仍未形成定论,现有设计方法过于保守,并指明了进一步的研究建议,可为今后研究提供方向和参考。

关键词：空洞坍塌水平加筋法土工合成材料加筋路基

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低填方加筋路基沉降的Kerr模型解

岩土力学 2019年第1期40卷 250-259页

作者：王建军陈福全李大勇福州大学土木工程学院福建福州350116

将路面结构简化成Euler-Bernoulli梁,路堤填土和加筋体视作复合材料并简化成可考虑横向剪切作用的Timoshenko梁,软土地基采用可考虑应力扩散的三参数Kerr弹性地基模型模拟。采用能量法建立加筋路基能量平衡方程,根据总势能驻值原理得出... 详细信息

将路面结构简化成Euler-Bernoulli梁,路堤填土和加筋体视作复合材料并简化成可考虑横向剪切作用的Timoshenko梁,软土地基采用可考虑应力扩散的三参数Kerr弹性地基模型模拟。采用能量法建立加筋路基能量平衡方程,根据总势能驻值原理得出加筋路基的沉降控制微分方程,并基于特征值法求解沉降微分控制方程,分别求得Kerr地基上路基沉降、路堤剪切应力和弯矩的解析解,分析了软土地基的厚度、模量和加筋体位置等参数对路堤沉降和受力的影响。研究结果表明,相对于Winkler和Pasternak模型,Kerr地基模型能更加准确地模拟低填方加筋路基的沉降。

关键词：加筋路基沉降 Kerr地基能量法数值分析

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浸水对重载铁路加筋路基动力特性的影响

浙江大学学报（工学版） 2024年第11期58卷 2364-2375页

作者：李丽华江曙光梅利芳刘一鸣湖北工业大学土木建筑与环境学院湖北武汉430068 河湖健康感知与生态修复教育部重点实验室湖北武汉430068

为了解决重载铁路路基湿化后路基性能下降,影响列车行车安全的问题,通过室内模型实验模拟不同轴重列车动载作用,研究浸水前、后重载铁路加筋路基的动力特性及长期稳定性.结果表明,浸水后素土路基的应力、沉降、加速度会显著增大;浸水后... 详细信息

为了解决重载铁路路基湿化后路基性能下降,影响列车行车安全的问题,通过室内模型实验模拟不同轴重列车动载作用,研究浸水前、后重载铁路加筋路基的动力特性及长期稳定性.结果表明,浸水后素土路基的应力、沉降、加速度会显著增大;浸水后与素土路基相比,格室加筋后路基最大应力下降21%,轨枕沉降下降20%,复合加筋路基的最大应力下降23%,轨枕沉降下降30%,复合加筋效能优于格室加筋.加筋可以提高路基强度,使路基的上部结构更稳定,降低路基加速度.浸水后路基各层的应力衰减系数增大,加筋使应力衰减系数和应力竖向扩散深度减小.加筋可以降低路基孔隙水压力峰值,提高孔隙水压力的消散速度.浸水后土工布可以保持道砟层性能,减轻道砟污化.

关键词：浸水重载铁路加筋路基应力加速度沉降孔隙水压力

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移动荷载下无面层加筋路基的动力响应

哈尔滨工业大学学报 2009年第2期41卷 145-149页

作者：刘飞禹蔡袁强余炜孙宏磊上海大学土木工程系上海200072 浙江大学土木工程系杭州310027

为研究移动荷载下饱和加筋复合土体的动力响应问题,采用半解析方法,将加筋路基看成宏观上的横观各向同性体,由Biot波动方程出发,对荷载进行Fourier级数展开,假设响应函数的级数形式,结合边界条件,由待定系数法求解考虑固液耦合作用的饱... 详细信息

为研究移动荷载下饱和加筋复合土体的动力响应问题,采用半解析方法,将加筋路基看成宏观上的横观各向同性体,由Biot波动方程出发,对荷载进行Fourier级数展开,假设响应函数的级数形式,结合边界条件,由待定系数法求解考虑固液耦合作用的饱和加筋复合土体在移动荷载作用下土体位移、有效应力及孔压的表达式,通过计算分析加筋率、筋材模量、荷载移动速度对复合土体竖向位移和孔压的影响.数值分析结果表明:加筋率只有在一定范围内时加筋效果才会比较明显;加筋复合土体表面最大竖向位移随着速度的增大而增大,达到峰值后迅速减小.

关键词：加筋路基 Biot波动方程横观各向同性移动荷载

降雨入渗对土工格室加筋路基动力响应的影响研究

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公路交通科技 2023年第11期40卷 61-71页

作者：黄玉纯南昌铁路勘测设计院有限责任公司江西南昌330002

为评价土工格室加筋对降低复杂因素下路基的病害问题,基于相似理论开展了土工格室加筋路基的缩尺模型试验,分析了交通荷载和降雨入渗共同作用下的路基响应问题。设置了无加筋路基和土工格室加筋路基2种缩尺寸模型,通过施加半正弦荷载模... 详细信息

为评价土工格室加筋对降低复杂因素下路基的病害问题,基于相似理论开展了土工格室加筋路基的缩尺模型试验,分析了交通荷载和降雨入渗共同作用下的路基响应问题。设置了无加筋路基和土工格室加筋路基2种缩尺寸模型,通过施加半正弦荷载模拟交通荷载、自制降雨系统模拟降雨条件,研究了加筋与非加筋两种路基的动力响应差异,分析了降雨因素对加筋与非加筋路基动力响应的影响,并讨论了各因素的影响程度。在此基础上建立全尺寸道路结构数值模型,研究了加筋层数对路基承载特性的影响。试验结果显示土工格室加筋可明显提高路基在交通荷载及降雨入渗共同作用下的强度和稳定性,可降低路基动应力的峰值并缩减了路基工作区深度。路基工作区与加筋层数负相关,与加筋层数间存在渐近现象。结果表明:土工格室可在路基中发挥其抗拉强度的优势,在平面范围内形成网兜响应区域,减小路基的沉降量;路基动应力的峰值降低和路基工作区深度变浅说明浅层的土工格室层拉应力较大,加筋效果较好,限制土体的作用较为突出;埋置较深的土工格室不能充分发挥材料性能,可作为提高路基稳定性的手段。

关键词：道路工程动力响应模型试验加筋路基土工格室

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浅埋土洞加筋路基变形的双梁模型解

武汉大学学报（工学版） 2024年第5期57卷 593-600页

作者：吴方宇陈志波邓煜晨福州大学紫金地质与矿业学院福建福州350116 地质工程福建省高校工程研究中心福建福州350116

浅埋土洞加筋路基受力机理十分复杂,为探究其变形和受力情况,将路面结构和土工格室简化为考虑抗弯刚度的有限长梁,路堤填土和路基土分别采用Kerr模型和Pasternak模型模拟,构建双梁模型,求解双梁竖向变形解析解。分别采用浅埋土洞加筋路... 详细信息

浅埋土洞加筋路基受力机理十分复杂,为探究其变形和受力情况,将路面结构和土工格室简化为考虑抗弯刚度的有限长梁,路堤填土和路基土分别采用Kerr模型和Pasternak模型模拟,构建双梁模型,求解双梁竖向变形解析解。分别采用浅埋土洞加筋路基数值模拟结果与无土洞加筋路基室内试验结果验证双梁模型解析结果的有效性,并基于解析结果分析了深宽比、土工格室抗弯刚度和路基土弹性模量对双梁竖向变形、弯矩和剪力的影响。结果表明:深宽比和路基弹性模量对浅埋土洞加筋路基土洞区域的受力与变形有显著影响,而土工格室抗弯刚度的影响能力与路基弹性模量有关,土洞宽度决定路面结构和土工格室的剪力分布特点。

关键词：加筋路基土洞双梁模型变形数值分析