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科研進展

武漢巖土所高速交通非飽和土路基動力響應研究獲得進展

發表日期:2020-09-14來源:武漢巖土力學研究所放大 縮小

  路基是路面、鋼軌的基礎,是整個道路結構中的重要單元體,其性能穩定與否對于整個道路的服役壽命及車輛的安全運行具有十分重要的影響。 

  路基濕度(含水率)狀態是影響路基力學分析和長期性能的重要因素。傳統路基力學性能分析時,往往假設路基是完全干燥的彈性體,或是完全飽水的多孔介質。實際服役條件下的路基的含水量受到當地的氣候、水文狀況及其排水措施的有效性的影響十分大,路基的含水率一直在變化中。大量工程實踐表明,路基在填筑和營運時往往處于非飽和狀態。因此,利用非飽和土理論來研究路基的力學特性和長期性能演化十分必要。 

  中國科學院武漢巖土力學研究所路基工程學科方向組科研人員在飽和土的Biot波動理論的基礎上,引入Bishop有效應力公式,考慮土體固--氣的三相耦合,結合現場實測的路基濕度狀態和分布規律,建立了高速交通荷載作用下非飽和土的實用波動方程組,該模型可以很好地蛻化到經典Biot波動模型。同時自主開發了相關模擬軟件,用于分析不同交通荷載形式(列車、汽車、飛機)下層狀非飽和土路基的動力響應。進一步開展小比例模型試驗測試和現場不同濕度情況下的路基動力響應測試,通過理論分析結果與試驗數據的比較,驗證了模型和方法的可靠性。研究結果表明:路基濕度的改變從兩個方面引起其力學響應的變化,(1)濕度變化本身會引起路基動應力與變形的改變,這是由于濕度場與應力場與變形場的耦合作用;(2)濕度改變會引起路基模量發生變化,從而間接改變其應力和變形響應。因此,在路基動力分析和長期性能研究中,其非飽和特性的影響不可忽略。  

  上述成果發表于《International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics》、《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》、《Transportation Geotechnics》等期刊上。該研究成果主要受中科院STS項目(KFJ-STS-ZDTP-037)和湖北省杰出青年基金No. 2017CFA056資助。

論文鏈接:1 2 3

圖1. 列車-軌道-非飽和路基力學響應模型

圖1. 列車-軌道-非飽和路基力學響應模型

圖2. 非飽和路基現場注水試驗    圖3. 非飽和路基長期性能監控

        圖2. 非飽和路基現場注水試驗       圖3. 非飽和路基長期性能監控

圖4. 路基飽和度對動位移的影響

圖4. 路基飽和度對動位移的影響

圖5. 路基飽和度對孔隙氣壓力的影響

圖5. 路基飽和度對孔隙氣壓力的影響

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