【文章內(nèi)容簡介】 降比較對分層填筑的施工過程進行模擬，在每層荷載作、用下，計算該層下各填筑體以及路基和基巖的整體變形，并將此計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)進行對比。該填筑體共分5層填筑，每層填筑高度相等。高填方路基在分層填筑的過程中，有限元模擬施工沉降的計算結(jié)果與實測沉降的結(jié)果比較如圖3所示。根據(jù)計算結(jié)果可知，有限元計算的結(jié)果比實測結(jié)果偏小。經(jīng)過計算，沉降板所埋設(shè)位置處，3點的總沉降量分別為：7323 mm。cj1的模擬結(jié)果與實測結(jié)果開始比較接近，誤差有逐漸加大的趨勢，最大差值達到22 ，這是因為沉降板Cjl中間被撞斷一次，后雖又接上，卻帶來一定的誤差。cj2的模擬結(jié)果與實測結(jié)果比較接近，施工過程中，沉降觀測設(shè)備的保護較好。cj3的模擬結(jié)果與實測結(jié)果總體趨勢一致，模擬結(jié)果略小于實測結(jié)果，可見采用有限元法實現(xiàn)分級加載的模擬有較高的可信度。從圖3可以看出，采用有限元軟件對模擬出的沉降結(jié)果比實測結(jié)果小，而且施工前期很小，但隨著施工進程日趨增大。這是因為隨著施工的進行，應(yīng)力水平不斷提高，另外根據(jù)地質(zhì)資料獲取的計算參數(shù)也難以完全地反映現(xiàn)場實際情況，導(dǎo)致誤差累積。 (a)cj1 （2）cj2 (3)cj3圖3 沉降板有限元模擬結(jié)果與實測結(jié)果對比圖 有限元模擬施工水平及豎向位移通過有限元模擬得到了該路基水平位移、豎向位移云圖如5所示，相對剪應(yīng)力圖如圖6所示。由圖5可以看出，由于左側(cè)路基下地基有較厚的粘性土層，豎向位移和水平位移均較大，地質(zhì)條件的差異導(dǎo)致整個路基斷面的差異沉降很大。建議后續(xù)施工中考慮左側(cè)路基沉降較大，應(yīng)稍微加厚鋪筑厚度，以平衡差異沉降，同時應(yīng)延長每層填筑之間的停歇時問，使其充分沉降。圖4 有限元模擬水平位移云圖圖5 有限元模擬豎向位移云圖圖6 有限元模擬相對剪應(yīng)力圖受右側(cè)山體影響，最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在路基中部和左側(cè)坡腳處，但是未出現(xiàn)剪切破壞情況。對斜坡地基上的路堤，塑性區(qū)發(fā)源于路堤與地基的交界部位，隨路堤的填筑逐漸向上擴展，且塑性區(qū)面積在上部也逐漸增大，而在下部則主要分布于路堤與地基的接觸面處。在填筑加載期，坡腳處由于路堤填筑的加載作用有隆起現(xiàn)象，某級荷載填筑完畢后，該處即發(fā)生隆起，一旦重新填筑，該處又有新的隆起，這與實際情況相符。 列車運行 列車荷載作用下的穩(wěn)定驗算與沉降計算對行駛列車的荷載，在穩(wěn)定驗算與沉降計算方面是應(yīng)該區(qū)別對待的。對穩(wěn)定驗算來說，失穩(wěn)是在外部荷載超過地基抗剪強度的某個位置某個時刻發(fā)生的，所以要選擇最不利的荷載組合，對于客運專線，應(yīng)考慮雙線有車，也就是應(yīng)考慮 2個荷載換算土柱。從沉降變形的角度來看對列車荷載的影響，應(yīng)考慮荷載作用的連續(xù)性，因為沉降變形的發(fā)生不是在某一荷載瞬間作用下完成的。公路部門在做路面設(shè)計時，對于行駛的汽車荷載，采用當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載的方式進行考慮，有一定的合理性。考慮到路基上軌道與列車荷載的特點，在進行客運專線的路基沉降計算時，并不宜直接套用公路部門的做法，合理的做法應(yīng)該是考慮雙線的軌道荷載，對于列車荷載則可以考慮單個荷載。 列車荷載作用下的復(fù)合地基的沉降特性分析近幾年來，我國廣泛采取復(fù)合地基的方法進行軟土地區(qū)的地基處理，通過這種方法可以有效地提高地基承載力、減小沉降，在軟土層的地質(zhì)條件下，混凝土剛性樁復(fù)合地基更是一種有效的地基加固方法，但目前針對黃土鐵路路基加固區(qū)動力響應(yīng)的研究并不多，特別是以測得真實列車荷載對復(fù)合地基的動力分析研究。下文將以行車舒適性為評價標(biāo)準(zhǔn)，進而研究黃土地區(qū)路基剛度加固措施、沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，驗證了黃土復(fù)合地基剛度加固設(shè)計的可靠性。 某工程概況及參數(shù)某客運專線的路堤橫斷面如圖7所示，Ⅲ為堤身，Ⅱ為地基處理區(qū)地基 ，處理方法為擠密樁，I為處理區(qū)以下的地基。圖7 復(fù)合地基加 固路堤斷面路堤本體高度為6m，路基填料分4層材料及參數(shù)如表3所示。表3 路堤填料參數(shù)路堤下部土體分為兩層：1)砂質(zhì)黃土，厚度20m；2)粉質(zhì)粘土，分布在20m以下。地基采用水泥樁加固處理，，樁長為22m，正三角形布置，材料及參數(shù)如表4所示。表4 路堤下部材料參數(shù) 分析方法利用計算機有限元軟件，采用分離式和復(fù)合模量兩種方法計算該客運專線某段復(fù)合地基加固路基在列車靜、動荷載作用下的沉降，分離式計算將樁體視為線彈性材料，樁間土的本構(gòu)關(guān)系采用DruckerPreger模型，在有限元分析方法中 Dp材料需要三個參數(shù)，即粘聚力c、內(nèi)摩擦角膨脹角(文中取0)，以上角度單位是度，對于DP材料，其受壓屈服強度大于受拉屈服強度。如果已知單軸受拉屈服應(yīng)力和單軸受壓屈服應(yīng)力，則內(nèi)摩擦角和粘聚力可表示為： (1)上式中和與受壓、受拉屈服應(yīng)力的關(guān)系為： (2)復(fù)合模量法把加固區(qū)視為一種均勻的材料，計算中可將復(fù)地基加固區(qū)中增強體和基體兩部分視為一復(fù)合土體，采用復(fù)合縮模量來評價復(fù)合土體的壓縮性，豎向增強體復(fù)合地基復(fù)土壓縮模量通常采用面積加權(quán)平均法計算，即： (3)其中，為樁體壓縮模量；為土體復(fù)合模量；為土體縮模量；m為復(fù)合地基量換率，m=(三角形布置)；d為樁體直徑；l為樁間距。 該工程計算值 E = MPa。 動力計算的基本控制方程為： (4)其中，M 為體系總質(zhì)量矩陣；C為體系總阻尼矩陣；K為體系總剛度矩陣；為體系結(jié)點加速度向量；為體系結(jié)點速度向量；為體系結(jié)點位移向量；為體系動荷載列陣。 計算模型及荷載路基模型簡化為二維平面問題，寬度取 160 m，高度取 90 m計算機軟件 自動劃分網(wǎng)格，有限元網(wǎng)格見圖4，其中圖 4a)為分離式有限元網(wǎng)格，共有 18 077個結(jié)點，5 910個單元；圖 4b)為復(fù)合模量法有限元網(wǎng)格，共有5 047個結(jié)點，1 624個單元，有限元網(wǎng)格兩側(cè)水平方向約束，豎直方向自由，底部邊界采用水平方向，豎直方向約束的邊界條件。單元選擇四邊形單元。圖8 復(fù)合地基加固路堤的有限元模型靜力計算中列車及軌道荷載計算分別根據(jù) ZK標(biāo)準(zhǔn)活載，以及結(jié)合實際的設(shè)計圖進行計算。均布后的面分布荷載集度為 q= kN／。動力計算荷載采取實際測得的列車動荷載。 計算結(jié)果分析計算所得兩模型在列車靜荷載作用下的最大沉降值， mm， mm，證明兩種方法計算基本一致。由于分離式有限元網(wǎng)格的結(jié)點和單元數(shù)目遠大于復(fù)合模量法，計算速度明顯低于復(fù)合模量法，因此在動力分析中，采用復(fù)合模量法進行計算，節(jié)省計算時間。計算中兩軌道作用相同的列車動力荷載，列車荷載時間選取約為2 S，時間步長為 5 S，計算路基上不同點縱向位移隨時間的變化曲線。圖4給出了路基中線及離路基中線最近軌道處的沉降隨時間變化曲線，從中可以看出，沉降從零時刻開始迅速增大，到1 左右時達到最大值分別約為5 l39。 l39。nln，在路基中線處曲線是平滑的，說明振動不明顯，而在軌道處明顯可以看出振動跡象大約每隔0．2 S出現(xiàn)一次波動，圖中波動幅值很小，能滿足列車乘客的舒適要求。圖9 沉降與時間的關(guān)系第4章 路基沉降控制方法客運專線鐵路路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)高，主要從加強路基沉降觀測，對地基進行超載預(yù)壓和采用復(fù)合地基來嚴格控制路基沉降。 路基沉降觀測 路基沉降觀測的目的保證路堤施工的安全和穩(wěn)定，控制路基填土速率，推算工后沉降的發(fā)展趨勢，調(diào)整完善設(shè)計，進行設(shè)計再優(yōu)化，使地基處理達到預(yù)定的控制要求，為路基的交工驗收提供收據(jù)。 沉降觀測裝置的布置原則沉降觀測斷面路堤全部內(nèi)路堤中心不大于50m設(shè)置沉降板，橋涵過渡段必須設(shè)置沉降板，原則上每個工點不少于2個監(jiān)測斷面，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況適當(dāng)加密。邊坡兩側(cè)坡腳外側(cè)2m、10m按順線路方向各布置一排地表水平位移樁（邊樁），樁與樁間距20~50m，在填筑成型的路堤路肩設(shè)置沉降觀測樁。 沉降觀測裝置的埋設(shè)（1）沉降板沉降板由沉降鋼板（