浅谈列车移动荷载作用下地基的动应力及饱和软粘土特性研究

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1、浙江大学博士学位论文列车移动荷载作用下地基的动应力及饱和软粘土特性研究姓名：王常晶申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：陈云敏20060401浙江大学博士学位论文列车移动荷载作用下地基的动应力及饱和软粘土特性研究摘要列车移动荷载作用下地基的动应力及饱和软粘土特性研究内容摘要我国东南沿海地区是经济最发达的区域，也是深厚饱和软粘±地基广泛分布的区域。“九五”期间该区域内建成了许多重要的交通基础设施，在有力地支持经济建设快速发展的同时，也出现了突出的技术问题：交通设施的长期运行引起了可观的地基附加沉降。这个问题的解决可以为现有交通设

2、施的安全运行和今后重大交通基础设施建设提供重要的技术支撑，具有重大的理论和现实意义。列车引起地基动应力的分析，以及在这种动应力作用下饱和软粘土动力特性的研究恰恰是预测地基长期附加沉降的基础。本文在国内外对列车振动和循环荷载作用下土体动力特性的研究基础上，在理论分析和室内试验两方面进行了如下研究工作：(1)推导了弹性半空间-Thoshenko梁在移动荷载作用下的位移和地基表面反力解答，研究了荷载的临界速度，并比较了弹性半空间一Timoshenko梁和弹性半空间-E111er-Bemoulli梁，发现对实际工程Euler-Bemoul

3、li梁可以满足计算精度，从而为采用弹性半空间一Euler-Bemoulli梁分析列车振动提供了理论基础。(2)对列车振动进行现场测试，分析了列车振动的特征，利用实测数据对本文建立的理论模型的合理性进行了验证。(3)采用移动荷载作用下弹性地基．Euler．Bernoulli梁模型，对列车移动荷载引起的地基内部动应力进行分析。研究了应力的空间分布特征，时间变化特征，应力路径变化和主应力轴旋转。发现列车移动荷载引起的动应力是一种低幅非对称循环应力，以一定的偏移应力为基准循环变化。主应力轴发生连续旋转，土单元应力状态周期地由单剪模式变化到

4、三轴剪切模式再回到单剪模式。(4)分析了列车车速、路堤刚度、地基剪切模量对应力的影响。发现列车车速浙江大学博士学位论文列车移动荷戴作用下地基的动应力及饱和软粘土特性研究摘要较低时，静力解可以满足精度。而列车车速较高时，动应力幅值迅速增大。一般来说，动应力峰值随路堤刚度的增大而减小，但路堤刚度增大到一定值后，动应力基本不再变化。动应力随地基剪切模量的变化较为复杂，与车速和土单元位置都有关系。(5)利用GDslOHz／20kN双向振动三轴系统，模拟了列车动应力的低幅、低频、作用时间长、具有偏移应力和双向振动的特性。通过循环三轴试验，研

5、究萧山原状粘土的变形、孔压发展和动强度特性。研究表明偏移应力的存在使得土体孔压和变形发展加快，动强度曲线降低，但对最小动强度影响比较小。由于土体的各向异性和不均匀性，各向等压振动也会引起塑性变形累积和残余孔压发展，且塑性变形和残余孔压发展速率要大于同等幅值的动偏应力引起的变形和孔压发展速率。动应力幅值越大，两者差别越大。(6)最后分析了列车移动荷载引起地基长期附加沉降的机理。发现列车荷载长期作用下，临界边界范围内土体软化区域不断扩大，塑性变形不断累积，土体结构破坏是导致长期附加沉降发展的原因。本文结果不仅对土动力学具有重要的学术价

6、值，而且可以为我国今后重大交通基础设施建设提供重要的技术支撑。关键词：移动荷载弹性半空间Euler．Bemoulli粱等效刚度应力路径主应力轴旋转循环荷载偏移应力不排水循环三轴试验饱和软粘土原状样孔压应变动强度极限最小循环强度长期附加沉降本项目研究得到国家自然科学基金重点项目“城市轨道交通引起的环境振动及防治对策研究(ND．50538010)”以及高等学校博士学科点专项科研基金项目“交通荷载引起的软土地基长期附加沉降研究(№．20040335083)”的资助。浙江大学博。L学位论文列车移动荷载作用下地基的动应力及饱和软粘土特性研究

7、摘要Study0ntheDynamicStressinGroundInducedbyTrainMOVingLOadandCycIicPropertiesofSof【SaturatedCIayABSTRACTTheSoum-EastChinaismemostdeveIopedinChinamostareaofwhichiscoveredwithdeepsoacIay．ManyimportaIlt仃a衢c矗mdamentalprojectshavebeenbuiltduringthe9m王lveyearplan．Theyhavedon

8、ealotfortheeconomic缸tdeveIopment．Att王1esametimesometechn0109icalprobIems。ccurred：considerabIes甜lementd州e【opcdduringthelong协m