铁路路堤震陷振动台模型试验研究

论文摘要

我国地处环太平洋地震带与欧亚地震带之间,是世界上大陆地震最活跃、地震灾害最严重的国家之一。地震时填方路堤震陷下沉,是一个非常普遍的现象,其中,2008年汶川地震路堤震陷灾害最为严重,广岳铁路,宝成铁路,成灌铁路,成汶铁路等9条铁路严重受损。地震时,路堤震陷灾害会造成区域内铁路、公路路基大面积毁坏,严重者将导致交通中断,威胁“生命线”工程的畅通,影响救灾物质的运输和伤员转移,给人民的生命财产安全带来巨大威胁,同时也造成国民经济的巨大损失。针对上述问题,本文依托铁道部科技研究开发计划项目-铁路路基工程抗震设计标准与方法研究（2008G010-A）,采用现场调查、振动台模型试验、理论分析等方法,开展铁路路堤震陷的振动台模型试验研究,为穿越高烈度地震区的铁路路堤的震陷防治提供参考和依据。本文的主要研究内容如下：（1）对汶川地震极重灾区及部分重灾区铁路、公路路基震陷情况及加筋路堤的破坏情况进行了现场调查。（2）对铁路路堤振动台模型试验方案进行了设计,对模型试验的相似关系、模型相似材料的选择进行了重点叙述,同时对测试仪器选择和测点布置位置进行了深入探讨,提出了模型试验的加载波形和加载方法。（3）开展路堤模型填料的粗粒土静三轴试验,研究了路堤填料不同压实度、不同加筋情况的变形与强度特性。（4）进行了四种压实度：95%、91%、87%、83%；两种加筋情况：87%压实度加筋两层、87%压实度加筋四层共六组振动台模型试验,研究了路堤在地震荷载作用下的动力特性和震陷变形发展规律,比较了提高路堤压实度、采用加筋路堤两种措施的震陷防治效果。（5）振动台模型试验结果表明：压实度对路堤震陷变形的影响显著,路堤存在一个90%的界限压实度,当路堤压实度小于90%时,随压实度的减小,路堤震陷变形显著增加；当路堤压实度大于90%时,随压实度增大,震陷变形不再显著减小。路堤震陷变形量与压实度关系曲线采用三次多项式拟合时具有较高的相关性。（6）振动台模型试验结果表明：当地震动激励加速度峰值大于0.6g时,由于路堤侧向变形而产生的震陷变形显著。因此,在高烈度区除了应保证压实度要求之外,还应采取有效措施限制路堤侧向变形,如采取加筋措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状和进展
• 1.2.1 震陷的定义和分类
• 1.2.2 震陷影响因素
• 1.2.3 震陷计算及评价
• 1.2.4 震陷防治处理措施
• 1.3 本文研究内容和技术路线
• 第二章 汶川地震路基震陷现场调查及分析
• 2.1 引言
• 2.2 汶川地震概况
• 2.2.1 汶川地震的大地构造背景及其成因分析
• 2.2.2 汶川地震特点
• 2.3 汶川地震路基震陷调查
• 2.3.1 铁路路基震陷调查
• 2.3.2 公路路基震陷调查
• 2.3.3 典型线路路基震陷具体情况
• 2.4 加筋土路堤震害情况
• 2.5 路基震陷分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 路堤震陷振动台模型试验设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 试验目的及内容
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 试验内容
• 3.3 大型模拟振动台主要技术指标
• 3.4 模型的相似设计
• 3.4.1 相似理论
• 3.4.2 振动台模型试验相似设计
• 3.4.3 相似填料的选择
• 3.5 模型的设计与制作
• 3.5.1 模型箱设计
• 3.5.2 模型设计
• 3.5.3 测试元件的布置
• 3.6 地震波输入和试验加载方法
• 3.7 本章小结
• 第四章 模型试验填料强度与变形特性粗粒土三轴试验
• 4.1 引言
• 4.2 路堤填料粗粒土三轴试验
• 4.2.1 试验概况
• 4.2.2 试验材料
• 4.2.3 试样制备及加载
• 4.3 粗粒土三轴试验结果分析
• 4.3.1 应力-应变特性分析
• 4.3.2 抗剪强度分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 振动台模型试验结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 试验现象描述
• 5.3 路堤动力反应分析
• 5.3.1 混凝土基岩对加速度的影响
• 5.3.2 不同压实度路堤动力特性分析
• 5.3.3 不同加筋度路堤动力特性分析
• 5.4 路堤残余变形分析
• 5.4.1 震陷变形发展规律
• 5.4.2 侧向变形与侧向应变发展规律
• 5.4.3 加载方向对震陷变形的影响
• 5.4.4 加载波形对震陷变形的影响
• 5.4.5 时间压缩对震陷变形的影响
• 5.5 不同压实度下的地震残余变形
• 5.5.1 压实度对震陷变形的影响
• 5.5.2 压实度对侧向变形与侧向应变的影响
• 5.5.3 不同压实度路堤震陷变形与侧向变形的关系
• 5.6 加筋路堤地震残余变形分析
• 5.6.1 加筋对震陷变形的影响
• 5.6.2 加筋对侧向变形的影响
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论写展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录一 国道213线都江堰至映秀段路堤工程震害
• 附录二 都汶路汶川地震典型路堤工点震害调查表
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与科研情况