详情

原文传递岛状多年冻土区高铁桩网路基振动反应与荷载传递特性

论文题名：	岛状多年冻土区高铁桩网路基振动反应与荷载传递特性
关键词：	高速铁路;岛状多年冻土;桩网路基;荷载传递;动力响应
摘要：	目前，中国高速铁路建设已取得举世瞩目的成就，然而近年来随着我国铁路“走出去”和“一带一路”战略的实施，冻土问题愈加凸显。铁力至伊春客运专线为国内拟建的首条穿越岛状多年冻土区的高速铁路，线路位于小兴安岭南坡，为连续多年冻土退化为季节性冻土的中间地带。本区多年冻土位于高温极不稳定区且地下水位较高，冻土层一旦融化会产生大量沉降，因此高铁路基稳定性和路基结构与冻土场地相互作用机制是关键问题。鉴于此，本论文以岛状多年冻土区拟建的铁伊高铁设计和建造为应用背景，探讨了岛状多年冻土地区修建桩承式加筋路基的可行性，研究了自重和列车荷载作用下路基内部静、动应力分布和传递规律。具体研究内容、研究方法与相关成果如下。　　(1)充分考虑了土工格栅与垫层的相互作用，利用大型筋－土拉拔摩擦试验仪，系统研究了土工格栅与垫层填料相对位移与摩擦阻力之间的关系，特别是获得了上述关系受土工格栅类型、垫层填料类型、竖向压力、含水量等因素影响的规律。　　(2)在筋－土拉拔摩擦试验结果的基础上，通过引入Prandtl解与关键颗粒尺寸的概念，建立了同时适用于双、三向土工格栅和不同填料颗粒尺寸的筋－土界面最大拉拔阻力计算公式。据此提出了筋－土界面受力计算模型，并将之应用于有限元计算中。　　(3)通过三轴试验研究了不同冻结温度下高铁路基粗颗粒填料的静动力学特性。基于时间硬化理论引入等效荷载作用次数的概念，提出了考虑应力状态和应力历史的累积塑性应变预测模型。基于逐渐破损理论提出了考虑温度影响的粗颗粒填料静动力弹塑性本构模型。　　(4)建立了岛状多年冻土场地桩承式加筋路基有限元模型，与温度场、自重应力场和路基振动响应现场监测数据对比，验证了模型的有效性。模拟了岛状多年冻土场地桩承式加筋路基建成后二十年的温度场演化规律，并通过路基沉降与格栅应变结果验证了该种路基形式的稳定性。　　(5)研究了不同路基高度、桩间距、格栅强度和温度下路基内部竖向应力场的变化，引入了被动土压力发挥系数的概念，改进了多拱模型，建立了适用于寒区的自重荷载下桩土压力计算式和格栅应变计算式。研究了路基表面加速度和路基内部竖向动应力的分段式变化规律，据此提出了路基内部竖向附加动应力的计算经验式。　　本文诠释了不同格栅类型、填料颗粒尺寸和应力状态下筋－土界面力学特性和演化规律，解决了岛状多年冻土区高速列车行驶下桩承式加筋路基设计中路基内土压力分布和格栅变形计算等问题，为深入研究岛状多年冻土区桩承式加筋理论提供了基础研究资料，并为岛状多年冻土区高铁路基的设计和运维提供了依据。
作者：	闫穆涵
专业：	岩土工程
导师：	凌贤长
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021