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高速铁路刚性挡土墙土压力模型试验与数值分析

赵勇  
【摘要】:随着铁路既有线提速与高速铁路(客运专线)的快速发展,列车动力荷载对路基工程的影响越来越突出。为满足高速(快速)铁路线形要求,在地形起伏较大的丘陵山区,将会遇到大量的路堤路肩支挡结构。在高速列车荷载作用下,刚性挡土墙背土压力的大小和分布规律以及墙后填土的破坏形式等,对于高速铁路支挡结构的设计非常重要,但目前国内外关于此方面的研究较少,因此开展高速列车荷载对刚性支挡结构影响的研究课题十分迫切。在总结目前挡土墙研究方面已取得的进展的基础上,本文通过数值分析和模型试验,对高速列车荷载作用于刚性挡土墙上土压力的大小及其分布规律进行了研究。 首先,考虑土体的力学特性和土、墙接触面上的变形特性,作者编制了三维有限元程序。土体采用邓肯—张本构模型,在墙——土接触面间引入无厚度的三维Goodman单元,以分析在列车荷载作用下的墙背土压力大小及分布形式。用程序分别计算分析了在墙背填土自重荷载、换算土柱静荷载和列车动应力荷载作用下,墙高、荷载作用距离、挡土墙上部路基高度对重力式挡土墙墙背土压力大小及分布形式的影响;墙背填土自重荷载、换算土柱静荷载和列车动应力荷载作用下,墙高、荷载作用距离、衡重台宽度对衡重式挡土墙墙背土压力大小及分布形式的影响。 然后通过在室内填筑重力式挡土墙的1:1实尺模型试验,比较了动、静荷载作用下挡墙土压力的大小及分布规律的不同,研究了不同动荷载幅值、不同荷载作用距离下重力式挡土墙墙背土压力的大小及分布。以衡重式挡土墙上墙和衡重台为主要研究对象,修筑了的1:1实尺模型试验,比较了动、静荷载作用下挡墙土压力的大小及分布规律的不同,研究了不同动荷载幅值、不同荷载作用距离下衡重式挡土墙墙背土压力的大小及分布。 最后,通过数值计算和模型试验的研究和比较,得出高速铁路刚性挡墙土压力的分布规律与数值范围,希望可以为今后的科研及设计施工提供参考。


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