高速鐵路路基基底應(yīng)力試驗(yàn)研究-ppt課件

1、高速鐵路路基基底應(yīng)力實(shí)驗(yàn)研討高速鐵路路基基底應(yīng)力實(shí)驗(yàn)研討 Experiment study on stress on the base of the subgrade of high-speed railway 蔣關(guān)魯蔣關(guān)魯 西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)確定由路基自重引起的路基底面的豎向應(yīng)力分布(基底應(yīng)力分布)是分析地基承載力、計(jì)算地基沉降等問題的前提。然而對于基底應(yīng)力的計(jì)算方法，現(xiàn)今并沒有一致的意見。研討目的及研討方法研討目的及研討方法比例荷載法 (路基容重g與基底各點(diǎn)對應(yīng)路基高度h乘積)均布荷載法 (路基總重與路基底面寬度的比值， G/B)彈性土堤法 (是路基寬高比b/H及路基坡度m有關(guān)的函數(shù)

2、)常用的計(jì)算方法有如下幾種：本課題組經(jīng)過以下方法對基底應(yīng)力進(jìn)展了研討：1.前期搜集基底中心應(yīng)力資料2.結(jié)合現(xiàn)場典型工點(diǎn)，埋設(shè)土壓力計(jì)，實(shí)測基底應(yīng)力3.經(jīng)過在離心模型實(shí)驗(yàn)的基底埋設(shè)土壓力計(jì)，實(shí)測基底應(yīng)力4.運(yùn)用有限差分軟件FLAC2D計(jì)算基底應(yīng)力1.現(xiàn)場基底應(yīng)力測試結(jié)合時(shí)速250公里海南東環(huán)客運(yùn)專線海東線的建立，選擇了三處天然地基斷面DK67+620、DK67+630和DK79+399路基斷面H/mb/m坡度路基本體填料為現(xiàn)場挖方棄土;基床底層為其5%水泥改良土;基床表層為級配碎石;路基的平均密度為2.0gcm-3 DK67+620513.41:1.5DK67+630513.41:1.5DK79

3、+3993.1413.71:1.5實(shí)驗(yàn)概略引見實(shí)驗(yàn)概略引見 1 :1 .5級 配 碎 石水 泥 改 良 土素 填 土1DK79+399土壓力盒編號及位置注：1.DK67處壓力盒中1號埋在路基邊坡中點(diǎn)，2號埋在路肩位置，3號埋在2號和4號中間，4號埋在路基中 點(diǎn)位置，5、6、7與1、2、3、號對稱埋設(shè)； 2.DK79處壓力盒1號埋在路基邊坡1/3處，3、4號分別埋設(shè)在路肩到路基中心距離的1/3處、2/3處，其他壓力盒位置與DK67處相同。23456712345671:1.5級配碎石水泥改良土素填土DK67+620/630土壓力盒編號及位置現(xiàn)場壓力盒埋設(shè)位置：2.離心模型實(shí)驗(yàn)離心機(jī):西南交通大學(xué)T

4、LJ-2型土工離心機(jī)模型箱尺寸:80cm60cm60cm (長寬高)最大容量:100 gt有效旋轉(zhuǎn)半徑:270cm最大加速度:100 g 離心模型實(shí)驗(yàn)共2組：(1)模擬海東線DK67+620斷面 (2)模擬膠濟(jì)線DK218+950斷面選擇此兩斷面是為了對比不同地質(zhì)條件對基底應(yīng)力的影響。 1:1.5全 風(fēng) 化 花 崗 巖 (1)全 風(fēng) 化 花 崗 巖 ( )全 風(fēng) 化 花 崗 巖 ( )單 線 路 基 地 基 橫 斷 面 圖 路基高度：8.3cm 寬度：13.7cm 地基厚度：40cm 寬度：80cm 路基高度：5m 寬度：8.2m 地基厚度：24m 寬度：48m 該斷面為雙線路基，地基土土層分

5、布和物理參數(shù)見表1。思索到離心機(jī)模型箱尺寸限制，實(shí)驗(yàn)?zāi)M的路基為與現(xiàn)場路基高度一樣情況下的單線規(guī)范路基，類似比n為60。類似比n：60 土層名稱土層深度/mGsg/kNm-3w/%e0Wp/%全風(fēng)化花崗巖1062.7118.926.50.9831.7全風(fēng)化花崗巖26182.7119.1280.7931.3全風(fēng)化花崗巖318282.7119.4330.6421.0表1 DK67+620斷面地基土物理力學(xué)目的 (1) 海東線DK67+620斷面 模型尺寸模擬尺寸1 :1 .5黃 土 質(zhì) 粉 質(zhì) 黏 土粉 質(zhì) 黏 土粉 土單 線 路 基 地 基 橫 斷 面 圖 路基高度：9.4cm 寬度：9.6cm

6、 地基厚度：35cm 寬度：80cm 路基高度：7.5m 寬度：7.7m 地基厚度度：28m 寬度：64m 該斷面為雙線路基，地基土土層分布和物理參數(shù)見表2。實(shí)驗(yàn)?zāi)M的路基同樣為與現(xiàn)場路基高度一樣情況下的單線規(guī)范路基 ，類似比n為80。類似比n：80 表2 DK218+950斷面地基土物理力學(xué)目的土層名稱土層深度/mGsg/kNm-3w/%e0Wp/%黃土質(zhì)粉質(zhì)黏土011.22.7119.39.320.42814.6粉土11.218.22.7019.114.620.73116.4粉質(zhì)黏土18.2以下2.7119.420.00.57919.2(2) 膠濟(jì)線DK218+950斷面 模型尺寸模擬尺寸

7、每組實(shí)驗(yàn)路基填筑方式分為兩種：分層填筑：基模型從下到上分層制造，每制造完一層后在60g 或80g加速度下運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，再制造上一層路基。 整體填筑：路基模型一次成型，經(jīng)過逐級添加離心加速度， 模擬路基逐漸填高的過程 離心模型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吐坊钪绞降谒膶勇坊?.9m第三層路基1.6m第二層路基2.4m第一層路基1.6mDK218+950斷面離心模型試驗(yàn)分層填筑80g狀態(tài)下每層填筑高度DK67+620斷面離心模型試驗(yàn)分層填筑60g狀態(tài)下每層填筑高度第四層路基1.4m第三層路基1.2m第二層路基1.2m第一層路基1.2m兩斷面分層填筑每層填筑模擬厚度：試驗(yàn)名稱傳感器埋設(shè)模擬深度/m1#2#3#4#5#

8、6#7#8#9#10#DK67+620分層填筑（60g）02.224.355.897.569.4511.7615.79-路肩地表DK67+620整體填筑（60g）02.44.88.410.813.215.518-路肩地表DK218+950分層填筑（80g）02.927.9310.9619.2-路肩地表DK218+950整體填筑（80g）02.926.367.769.4610.9213.116.4619.68路肩地表各離心模型實(shí)驗(yàn)壓力傳感器埋設(shè)位置及模擬深度1.前期搜集基底中心應(yīng)力現(xiàn)場斷面路基高度H（m）路基頂面寬度b（m）b/H坡度基底應(yīng)力（kPa）比例荷載法均布荷載法彈性土堤法現(xiàn)場實(shí)測值13

9、12.14.021:1.56047555324.8743.58.941:1.597.485979637.313.31.821:1.514610112211847.527.23.621:1.5150116135133510.3412.91.241:1.5207134162166基底應(yīng)力結(jié)果0123456789100.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1 y/gHb/H 實(shí)測數(shù)據(jù) 彈性土堤法 比例荷載法 均布荷載法c1.14c=實(shí)測值/均布荷載法計(jì)算值 將長度和應(yīng)力無量綱化，繪制b/H與s/gH關(guān)系曲線。由圖可知，實(shí)測值與彈性土堤法計(jì)算值非常接近；與比例荷載法在b/

10、H=9時(shí)接近；與均布荷載法計(jì)算值分布趨勢一致，兩者比值近似為1.14(a)DK67+620斷面現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)(b)DK67+630斷面現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)2.現(xiàn)場實(shí)測基底應(yīng)力 由圖(a)、(b)、(c)可知路基頂面寬度范圍內(nèi)，基底實(shí)測土壓力均小于gH值；基底邊坡中心位置處實(shí)測土壓力與gH值接近，基底邊坡1/3位置處實(shí)測土壓力大于gH值。(c)DK79+399斷面現(xiàn)場實(shí)驗(yàn) (b)DK67+620斷面離心模型實(shí)驗(yàn)(a)DK218+950斷面離心模型實(shí)驗(yàn) 由離心模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果(a)、(b)可知，隨著路基高度添加，基底中心和路肩位置處基底實(shí)測土壓力與gH值差距逐漸增大。3.離心模型實(shí)驗(yàn)實(shí)測基底應(yīng)力試驗(yàn)名稱b/mH/mg

11、/(kNm-3)bH -1gH/kPa實(shí)測/kPa實(shí)測(gH)-1agH/kPa現(xiàn)場DK79+39913.73.14204.3662.8560.8958.1現(xiàn)場DK67+62013.45202.68100870.8789.2現(xiàn)場DK67+63013.45202.68100900.9089.2DK218+950離心模型第一層25.51.62015.943229.40.9231.2DK218+950離心模型第二層18.34204.5880740.9374.3DK218+950離心模型第三層13.55.6202.41112950.8599.0DK218+950離心模型第四層7.77.5201.031

12、501160.77121.3DK218+950離心模型整體填筑7.77.5201.031501140.76121.3DK67+620離心模型第一層19.61.22016.332423.50.9823.4DK67+620離心模型第二層162.4206.6748460.9645.5DK67+620離心模型第三層12.43.6203.4472620.8665.6DK67+620離心模型第四層8.25201.64100830.8385.1DK67+620離心模型整體填筑8.25201.64100830.8385.1前期收集基底中心應(yīng)力112.13204.0360530.8855.2前期收集基底中心應(yīng)力

13、243.514.87208.9397.4960.9993.4前期收集基底中心應(yīng)力313.37.3201.821461180.81125.7前期收集基底中心應(yīng)力427.27.5203.631501330.89137.1前期收集基底中心應(yīng)力512.910.34201.25206.81660.80170.91.基底中心應(yīng)力總結(jié)上表闡明：實(shí)測值均小于gH值，隨著b/H的不同，實(shí)測值與gH值的接近程度不同。 基底應(yīng)力結(jié)果分析 由左圖可知各實(shí)測值隨著b/H的增大逐漸趨近gH值。當(dāng)b/H超越10時(shí)，s與gH值趨于一致。可見不同b/H地基中心應(yīng)力運(yùn)用gH值并不適宜，需求根據(jù)b/H的變化進(jìn)展修正。現(xiàn)采用實(shí)測值上

14、限包絡(luò)線解得擬合曲線如左圖中的虛線，得出的擬合公式如下： 0.37/0.631.1/b Hb Ha那么基底中心應(yīng)力就可修正為： s =agH (2)0246810121416181.21.00.80.60.40.20.0 /gH 現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù) 離心模型試驗(yàn)數(shù)據(jù) 前期收集基底中心應(yīng)力 gH 擬合曲線b/H(1)基底中心應(yīng)力受b/H影響規(guī)律將長度和應(yīng)力無量綱化后，b/H與s/gH關(guān)系曲線數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值較為接近，基底應(yīng)力在整個(gè)路基范圍內(nèi)呈弧線分布，且路基中間部分應(yīng)力值小于gH值，而路基兩側(cè)應(yīng)力值大于gH值。051015202530100806040200 0123456 DK67+620實(shí)測值

15、 DK67+630實(shí)測值 gH計(jì)算值 FLAC2D計(jì)算值土壓力（kPa）基面橫向?qū)挾龋╩） 路基高度（m）0510152025806040200 01234 DK79+399實(shí)測值 gH計(jì)算值 FLAC2D計(jì)算值土壓力（kPa）基面橫向?qū)挾龋╩） 路基高度（m）(a)DK67+620/630斷面(b)DK79+399斷面 為尋求適宜的基底應(yīng)力分布計(jì)算方法，現(xiàn)運(yùn)用FLAC2D進(jìn)展計(jì)算對現(xiàn)場三個(gè)斷面進(jìn)展計(jì)算，計(jì)算參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場路基、地基實(shí)測參數(shù)確定。2.基底應(yīng)力分布 由實(shí)測基地應(yīng)力分布和數(shù)值計(jì)算結(jié)果可知，用gH值來計(jì)算基底應(yīng)力也是不適宜的。故現(xiàn)對路基基底應(yīng)力分布方式采取如下處置方式： P=agH=gH (3) H =aH (4)根據(jù)總路基荷載G相等，路基最大應(yīng)力的分布寬度: (5) 式中： P基底最大應(yīng)力 H等效荷載高度 b 等效荷載寬度2GbBHgP=a gHbbBHH 真實(shí)路基斷面荷載分布形式基底應(yīng)力分布計(jì)算051015202530100806040200 0123456 DK67+620實(shí)測值 DK67+630實(shí)測值 gH計(jì)算值 FLAC2D計(jì)算值 推薦公式計(jì)算土壓力（kPa）基面橫向?qū)挾龋╩） 路基高度（m）