摘要：有砟轨道道砟嵌入对路基服役性能具有显著影响。基于此设计上层为道砟、下层为路基土的单元试样,通过室内动三轴试验和离散元法(discrete element method,简称DEM)数值仿真研究了动荷载作用下道砟嵌入路基土的宏观变形行为和局部变形特征。研究结果表明:在动荷载作用下,道砟与路基土之间仅通过接触面上有限数量的离散接触传递应力,随动应力幅值增加,道砟嵌入深度也不断增加,嵌入深度与动应力呈指数函数变化。道砟嵌入路基土变形过程分为局部挤压阶段、剪切带形成阶段及剪切带发展阶段,道砟嵌入会使得道砟−路基土接触界面的土样孔隙率显著增加,同时也会使得接触界面发生显著的侧向变形。孔隙率较高的饱和试样在较低的动应力作用下会发生翻浆冒泥现象,道砟嵌入导致的路基面孔隙率升高是既有路线发生翻浆冒泥的重要原因,防治翻浆冒泥需重点防止道砟嵌入导致的土样局部孔隙率升高。该研究成果可加深对道砟嵌入现象以及由此引发的路基表层变形行为的认识。

摘要：在普通双向土工格栅上附加节点,可形成具有立体加筋效果的加强节点土工格栅。在普通双向土工格栅加筋风积沙拉拔试验和离散元数值模型的基础上,构建加强节点土工格栅加筋风积沙的三维离散元拉拔模型,研究加强节点排布方式、厚度、数量、相邻节点间距对筋土界面力学性能的影响。研究结果表明:在节点上侧加强、节点下侧加强和节点上、下两侧同时加强的排布方式中,上下两侧同时加厚对极限拉拔阻力和界面摩擦角的增幅最大;加强节点可优化土工格栅的加筋性能;当节点布置方式不变时,加强节点厚度和节点数量均与极限拉拔阻力增量呈现出良好的线性相关性;与普通土工格栅相比,加强节点土工格栅的剪切带范围更大,且限制土体位移的能力更强;当多个节点同时工作且相邻节点的间距较小时,相邻节点的影响区域互相重叠,使节点提供的极限拉拔阻力增量降低,产生节点群体效应;随着相邻节点的间距增大,节点影响区域的重叠范围减少,群体效应逐渐减弱。

摘要：离散元法(DEM)是研究非饱和土力学性质的重要方法,其模拟的可靠性取决于非饱和接触模型细观参数的准确标定。目前,对非饱和接触模型细观参数的标定方法缺乏系统研究。本文提出一种基于柔性边界的标定离散元(DEM)中非饱和接触模型细观参数的方法,对非饱和接触模型细观参数进行系统标定,并通过参数敏感性分析揭示了非饱和接触模型中细观参数与宏观力学性质的相关性。首先,通过正交试验设计对细观参数的取值范围进行优化,分析细观参数对宏观响应的敏感性,结果表明:非饱和土的割线模量E_(50)主要受摩擦系数μ、吸力ψ、杨氏模量E的影响,影响程度为μ>ψ>E;非饱和土的峰值强度Sp主要受吸力ψ、摩擦系数μ的影响,其影响程度为ψ>μ>E。其次,根据敏感性分析结果确定相关宏观响应的显著影响参数,利用基于中心复合试验设计(CCD)的响应面分析方法建立非饱和土宏观力学参数与显著影响参数之间的回归方程。再次,根据回归方程建立非饱和土细观参数的最优化模型,使用MATLAB中的FMINCON函数对其进行求解,获得细观参数的最优解。最后,利用获得的最优参数,模拟不同围压下非饱和土的三轴试验并与试验结果进行对比,验证所标定参数的有效性。该方法可为进一步分析非饱和土的细观力学性质提供基础。

摘要：室内土工格栅拉拔试验物理模型边界及加载装置通常是刚性的,但土工格栅工程应用的边界条件往往不能与室内拉拔试验物理模型边界相对应。为了研究边界条件对拉拔试验结果的影响,在室内三轴和拉拔试验的基础上,运用三维离散元方法,对土工格栅加筋风积沙的拉拔试验展开数值模拟,研究加载顶面刚、柔性加载方式和模型前壁刚、柔性边界4种组合条件即刚性顶面刚性前壁(RTRP)、柔性顶面刚性前壁(FTRP)、刚性顶面柔性前壁(R_(T)F_(P))、柔性顶面柔性前壁(F_(T)F_(P))对筋土界面宏细观特性的影响。分析了不同组合条件下拉拔力与拉拔位移的关系、界面剪切强度、试样内部应力链、孔隙率分布和颗粒旋转规律,分析了刚性加载板和柔性边界颗粒位移、F_(T)F_(P)组合下土工格栅的变形以及拉拔过程中剪切带的演化规律。研究表明,模型前壁的刚、柔性边界对拉拔力和拉拔位移曲线模式以及界面摩擦角的影响很大。刚性前壁边界条件下,拉拔力和拉拔位移曲线呈加工软化型;柔性前壁边界条件下,拉拔力和拉拔位移曲线近似呈双折线型。当模型前壁由刚性变为柔性时,界面摩擦角减小了7°~8°。当法向应力小于90kPa时,建议FTRP组合、R_(T)F_(P)组合和F_(T)F_(P)组合的拉拔力峰值折减系数分别取0.9、0.6和0.7。4种组合在拉拔试验过程中试样体积增加,呈剪胀特性。RTRP和FTRP组合剪切带厚度分布为颗粒平均粒径的5.38倍和10.79倍;R_(T)F_(P)与F_(T)F_(P)组合剪切带的分布范围更广。该研究成果有助于深入揭示刚、柔加载方式以及刚、柔前壁边界下土工合成材料和风积沙的相互作用机制。

摘要：高速铁路建设期间运梁车动荷载与运营期间高铁列车动荷载有很大区别,运梁车作用下产生的动应力远大于高铁列车作用下产生的动应力,易导致新建高铁路基表面平整度变差,沉陷明显。为探讨路基填料在大型运梁车动荷载作用下的动力特性,选取典型高铁路基断面,进行现场实车测试,获得运梁车作用下路基的动应力。以路基基床粗粒土填料为研究对象,开展一系列考虑围压、动应力、含水率等因素的大型动三轴试验,分析围压、动应力及含水率对粗粒土填料变形特性的影响。结果表明,稳定试样的滞回曲线斜率随振次逐渐变大,且表现出变形积累性、滞后性和非线性。加载初期试样回弹模量迅速减小,波动较大,然后随着振次的增加逐渐稳定或有所增加;回弹模量值随围压和动应力的增大而增大,随含水率增加而减小。基于安定理论,非饱和试样塑性变形行为类型都为塑性安定,而饱和试样塑性变形行为类型在动应力较小时为塑性蠕变,动应力较大时为增量破坏;累积塑性应变随动应力和含水率的增大而增大,随围压的增大而减小,其中含水率影响最为显著,并基于试验结果建立了累积塑性应变预测模型。研究结果可为正确认识运梁车荷载作用下路基填料的变形行为提供依据。

摘要：风积沙作为路基基床底层填料,已应用于沙漠铁路建设中,但国内外鲜有针对风积沙-土工格栅加筋结构的研究。为了研究风积沙-土工格栅界面宏细观特性演化过程及筋材的力学特性,基于三维空间模型,对土工格栅加筋风积沙拉拔试验展开数值模拟,并与室内试验对比分析。通过观测试样状态,分析拉拔阻力、格栅分段应变、配位数、局部孔隙率、应力链演化、组构各向异性演化等宏细观特性。研究结果表明:采用抗转动接触模型模拟风积沙颗粒间接触,所得拉拔力—拉拔位移曲线比较平顺,相比之前的研究更接近实际情况。拉拔结束后,越靠近拉拔端,格栅应变越大,格栅后端几乎没有应变。在筋土界面内,配位数明显降低,孔隙率明显升高,呈负相关,在界面外,两者变化则不明显。剪切带整体厚度为模拟颗粒中值粒径的4.93~5.79倍,界面内发生的剪胀程度不同,上界面剪切带厚度大于下界面剪切带厚度。上覆荷载对剪切带的分布有明显影响,当法向压力低于30 kPa,随着法向压力的上升,剪切带上下界面的不对称性减弱,最大平均水平位移和剪切带整体厚度迅速减小。当法向压力在30~90 kPa内,随着法向压力的上升,上下界面剪切带厚度差值、最大平均水平位移逐渐减小,剪切带整体厚度变化较小并趋于稳定。研究结果可为沙漠铁路路基设计提供一定参考。

摘要：土工格栅可以增加土体强度,提高路基稳定性,已在沙漠铁路的建设中得到应用。为研究风积沙-土工格栅界面摩擦特性,考虑法向应力和压实度等因素,对2种土工格栅开展一系列拉拔试验研究,分析法向应力、压实度和不同土工格栅对界面摩擦特性的影响。研究结果表明:界面剪应力-拉拔位移关系曲线呈非线性,曲线在低法向应力时为软化型,在高法向应力时为硬化型。法向应力越大,界面剪应力越大。风积沙填料的压实度越大,界面剪应力也越大。横肋较厚的土工格栅界面摩擦特性较横肋厚度小的土工格栅更加优越。界面摩擦强度与法向应力呈线性关系。似摩擦因数和界面内摩擦角随压实度的提高而增大,而表观黏聚力随压实度的提高变化不大。在压实度0.90~0.95范围内,2种土工格栅的界面内摩擦角约为17.74°~29.24°,表观黏聚力约为9.22~12.36kPa。拉拔摩擦因数与法向应力的关系曲线可用幂函数拟合,拟合参数与表观黏聚力和似摩擦因数有关。相同压实度条件下,法向应力越大,拉拔摩擦因数越小;相同法向应力条件下,压实度越大,拉拔摩擦因数也越大。界面摩擦因数比随压实度的提高而增大。因此,要保证风积沙填料有较高的压实度,并且将土工格栅埋置在一定的深度,才能发挥土工格栅的加筋作用。研究结果可为风积沙加筋路堤的设计和施工提供参考。