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1、高速铁路路基基底应力试验研究,Experiment study on stress on the base of the subgrade of high-speed railway 蒋关鲁 西南交通大学,确定由路基自重引起的路基底面的竖向应力分布(基底应力分布)是分析地基承载力、计算地基沉降等问题的前提。然而对于基底应力的计算方法，现今并没有一致的意见。,研究目的及研究方法,比例荷载法 (路基容重g与基底各点对应路基高度h乘积),均布荷载法 (路基总重与路基底面宽度的比值， G/B),弹性土堤法 (是路基宽高比b/H及路基坡度m有关的函数),常用的计算方法有如下几种：,本课题组通过以下方法对
2、基底应力进行了研究： 1.前期收集基底中心应力资料 2.结合现场典型工点，埋设土压力计，实测基底应力 3.通过在离心模型试验的基底埋设土压力计，实测基底应力 4.使用有限差分软件FLAC2D计算基底应力,1.现场基底应力测试 结合时速250公里海南东环客运专线（海东线）的建设，选择了三处天然地基断面DK67+620、DK67+630和DK79+399,试验概况介绍,现场压力盒埋设位置：,2.离心模型试验 离心机: 西南交通大学TLJ-2型土工离心机 模型箱尺寸:80cm60cm60cm (长宽高) 最大容量:100 gt 有效旋转半径:270cm 最大加速度:100 g,离心模型试验共2组：
3、(1)模拟海东线DK67+620断面 (2)模拟胶济线DK218+950断面 选择此两断面是为了对比不同地质条件对基底应力的影响。,路基高度：8.3cm 宽度：13.7cm 地基厚度：40cm 宽度：80cm,路基高度：5m 宽度：8.2m 地基厚度：24m 宽度：48m,该断面为双线路基，地基土土层分布和物理参数见表1。考虑到离心机模型箱尺寸限制，试验模拟的路基为与现场路基高度相同情况下的单线标准路基，相似比n为60。,相似比n：60,表1 DK67+620断面地基土物理力学指标,(1) 海东线DK67+620断面,模型尺寸,模拟尺寸,路基高度：9.4cm 宽度：9.6cm 地基厚度：35c
4、m 宽度：80cm,路基高度：7.5m 宽度：7.7m 地基厚度度：28m 宽度：64m,该断面为双线路基，地基土土层分布和物理参数见表2。试验模拟的路基同样为与现场路基高度相同情况下的单线标准路基 ，相似比n为80。,相似比n：80,表2 DK218+950断面地基土物理力学指标,(2) 胶济线DK218+950断面,模型尺寸,模拟尺寸,每组试验路基填筑方式分为两种： 分层填筑：基模型从下到上分层制作，每制作完一层后在60g 或80g加速度下运行一段时间，再制作上一层路基。 整体填筑：路基模型一次成型，通过逐级增加离心加速度， 模拟路基逐渐填高的过程,离心模型试验模型路基填筑方式,两断面分层
5、填筑每层填筑模拟厚度：,各离心模型试验压力传感器埋设位置及模拟深度,1.前期收集基底中心应力,基底应力结果,将长度和应力无量纲化，绘制b/H与s/gH关系曲线。由图可知，实测值与弹性土堤法计算值十分接近；与比例荷载法在b/H=9时接近；与均布荷载法计算值分布趋势一致，两者比值近似为1.14,(a)DK67+620断面现场试验,(b)DK67+630断面现场试验,2.现场实测基底应力,由图(a)、(b)、(c)可知路基顶面宽度范围内，基底实测土压力均小于gH值；基底边坡中心位置处实测土压力与gH值接近，基底边坡1/3位置处实测土压力大于gH值。,(c)DK79+399断面现场试验,(b)DK67
6、+620断面离心模型试验,(a)DK218+950断面离心模型试验,由离心模型试验结果(a)、(b)可知，随着路基高度增加，基底中心和路肩位置处基底实测土压力与gH值差距逐渐增大。,3.离心模型试验实测基底应力,1.基底中心应力总结,上表表明：实测值均小于gH值，随着b/H的不同，实测值与gH值的接近程度不同。,基底应力结果分析,由左图可知各实测值随着b/H的增大逐渐趋近gH值。当b/H超过10时，s与gH值趋于一致。可见不同b/H地基中心应力使用gH值并不合适，需要根据b/H的变化进行修正。现采用实测值上限包络线解得拟合曲线如左图中的虚线，得出的拟合公式如下：,则基底中心应力就可修正为： s
7、 =agH (2),(1),基底中心应力受b/H影响规律,将长度和应力无量纲化后，b/H与s/gH关系曲线,数值计算结果与实测值较为接近，基底应力在整个路基范围内呈弧线分布，且路基中间部分应力值小于gH值，而路基两侧应力值大于gH值。,(a)DK67+620/630断面,(b)DK79+399断面,为寻求合适的基底应力分布计算方法，现使用FLAC2D进行计算对现场三个断面进行计算，计算参数根据现场路基、地基实测参数确定。,2.基底应力分布,由实测基地应力分布和数值计算结果可知，用gH值来计算基底应力也是不合适的。故现对路基基底应力分布形式采取如下处理方式： P=agH=gH (3) H =aH (4) 根据总路基荷载G相等，路基 最大应力的分布宽度: (5) 式中： P基底最大应力 H等效荷载高度 b 等效荷载宽度,基底应力分布计算,现使用公式(3)、(4)、(5)计算所得的现场三断面的应力分布与实测值、FLAC2D计算值进行了比较。,由上两图可知，笔者所推荐的计算方法与实测值及FLAC2D计算结果都比较吻合，并使基底应力计算值更趋合理。,基底应力分布计算公式比较,(a)DK67+620/630断面,(b)DK79+399断面,感谢静听！ Thanks,