高速铁路桩网结构低矮路堤动力失效机理研究

The gosynthetics reinforced and pile supported embankment (GRPSE) is a common way of ground treatment. It can control the post-construction settlement of high speed railway effectively. But now there is less research on the dynamic load transfer law and failure mechanism of GRPSE. There is only roughly rule in foreign regulation and no relative regulation in the domestic standard. This led to blind and conservation during the construction and even may cause the rein-forced cushion failure. This project studies the dynamic characteristics of soil arching of GRPSE by using the way of shrink ratio model experiment and numerical simulation, and studies the deformation and failure mechanism of rein-forced cushion under dynamic load by the way of unit structure model test. The research also studies the interactions and load transfer law of low embankment for GRPSE under dynamic load by integral model test and numerical analysis. The research results will deepen realization of load transfer law and failure mechanism under the dynamic load, develop the design theory of the GRPSE, provide the theory and technology support for engineering practice and maintenance, and promote the theory level of the control of subgrade settlement.

桩网结构是高速铁路普遍采用的一种地基处理方法，能够较好的控制高速铁路路基工后沉降，但对动荷载循环作用下桩网结构低矮路堤的失效机理研究较少，国外相关规范仅对动荷载作粗略地规定，国内尚无相应的设计规范，导致工程应用的盲目和保守，及运营期间加筋网垫层的潜在破坏，以及养护维修缺乏指导。本项目拟采用数值分析和缩比动态模型试验研究桩网结构中路基土拱的动力特性，采用单元结构模型试验研究动荷载循环作用下加筋网垫层的变形特性与破坏机理，采用整体模型试验和数值模拟方法研究动荷载作用下桩网结构体系相互作用和荷载传递规律,建立桩网结构低矮路堤动荷载循环作用下的失效模式。研究成果将深化对动荷载作用下桩网结构荷载传递规律及失效机理的系统认识，发展和完善桩网结构设计理论，为指导桩网结构工程实践和养护维修提供技术和理论支持，提升我国地基沉降变形控制理论和水平。

桩网结构是高速铁路普遍采用的一种地基处理方法，能够较好的控制高速铁路路基工后沉降，但对动荷载循环作用下桩网结构低矮路堤的失效机理研究较少，国外相关规范仅对动荷载作粗略地规定，国内尚无相应的设计规范，导致工程应用的盲目和保守，及运营期间加筋网垫层的潜在破坏，以及养护维修缺乏指导。.本课题建立了基于列车移动荷载和路基填料等效线性化模型的三维动力有限元模型，通过与盘营线路基表面加速度现场实测数据进行对比，验证模型正确性。然后通过现场试验和数值模拟，对自重荷载下和列车荷载作用下桩土应力分布、土拱效应与格栅变形和格栅应力进行了分析，研究表明土拱高度数值上约等于桩间净距，桩间距、路堤高度、软土层模量、格栅层数对土拱效应和格栅应力影响较大而格栅模量对其影响较小。动应力在路堤中衰减十分明显，短期动荷载对路基的影响可忽略不计。然后进行了现场试验和室内试验，研究发现路基经过550万次模拟动荷载作用后，土拱基本处于稳定状态；列车行驶荷载作用下铁路路基填料会产生一定的塑性变形，最终趋于稳定；较大荷载作用下，塑料土工格栅的蠕变性能非常显著，其强度随时间逐渐降低。最后通过理论分析，提出了长期列车荷载作用下桩承式加筋路基的失效模式，其失效原因有三：一是格栅蠕变导致的应力重分布并带动周围岩土体变形，二是路基填料的劣化导致的应力重分布并带动周围岩土体变形，三是地基软土次固结沉降导致的桩土差异沉降增加导致的路堤变形。.研究成果将深化对动荷载作用下桩网结构荷载传递规律及失效机理的系统认识，发展和完善桩网结构设计理论，为指导桩网结构工程实践和养护维修提供技术和理论支持，提升我国地基沉降变形控制理论和水平。