动力荷载下桩-网复合地基荷载传递与轨道-路基-垫层-地基共同作用机理研究

The settlement control of high-speed railway over soft ground is one of technical problems need to be solved urgently. The technology of pile-net composite foundation has been successfully applied to high-speed railway over soft soil. However, the analytical study is obviously behind engineering application. The load transfer mechanism of pile-net composite foundation under dynamic loading when intruoducing shakedown concept is still unknown. In this research, the shakedown analysis of track-subgrade bed will be investigated by large-scaled model tests and numerical simulation. The influence of material properties and thickness of subgrade fill on shakedown limit load will be studied. The analytical solution of shakedown limit load for the track-subgrade bed will be extablished based on Mohr-Coulomb failure criteria. The load transfer mechanism of pile-net composite foundation under shakedown limit load can be obtained by comprehensive analyzing the effects of the interaction between pile and soft soil, arching in embankment, geosynthetic-reinforced cushion and consolidation of the soft soil. Finally, a theoretical solution for analysis of track-subgrade-cushion-foundation under dynamic loading will be presented by considering shakedown load limit. The achievements can provide guidances for design, construction and safety maintenance of high-speed railway.

高速铁路软基沉降控制是亟待解决的技术难题，桩-网复合地基技术已成功应用于高速铁路软基处理工程，但其理论研究明显落后于工程应用，尤其在考虑安定分析理论时动力荷载作用下的荷载传递机理研究尚未见报道。本项目拟通过开展轨道-基床结构安定性分析的大型模型试验和数值模拟，揭示动力荷载性质、基床填料性质及填料厚度对轨道-基床结构安定状态的影响规律，引入安定分析理论，建立基于摩尔-库伦破坏准则的轨道-基床结构安定性分析的计算方法，确定结构的安定极限荷载；通过开展安定极限荷载下桩-网复合地基动力耦合作用的大型模型试验和数值模拟，揭示桩-网复合地基中荷载传递机理；最后综合考虑土拱效应、加筋褥垫层拉膜效应或刚性承台效应、桩-土相互作用和软土固结效应，建立安定极限荷载作用下轨道-路基-垫层-地基共同作用的理论分析模型。研究成果对指导我国高速铁路建设设计施工和安全维护具有重要的工程价值和经济效益。

高速铁路软基沉降控制是亟待解决的技术难题,桩-网复合地基技术已成功应用于高速铁路软基处理工程，但其理论研究明显落后于工程应用，尤其在考虑安定分析理论时动力荷载作用下的荷载传递机理研究尚不充分。本项目通过开展轨道-基床结构安定性分析的大型模型试验、室内模型试验与数值模拟研究，揭示了高速铁路基床表层的粗粒土填料的塑性安定和塑性蠕变状态的临界应力水平，以评估任意深度处高速铁路路基填料的动力稳定性。同时分析了动力荷载作用下轨道-基床结构安定性行为，并通过引入安定分析理论，提出了一种基于摩尔-库伦破坏准则的轨道-基床结构安定性分析的计算方法，从而确定了结构的安定极限荷载。在安定荷载作用下，进行了桩-网复合地基动力耦合作用的模型试验与数值模拟分析，揭示了安定极限荷载作用下土拱效应的衰减规律及桩-网复合地基中荷载传递机理；最后综合考虑了土拱效应、加筋褥垫层拉膜效应、桩-土相互作用和软土固结效应，建立了一种安定极限荷载作用下轨道-路基-垫层-地基共同作用的理论分析模型。研究成果对指导我国高速铁路建设设计施工和安全维护具有重要的工程价值和经济效益。