高速列车荷载作用下加筋土挡墙变形行为与控制研究

土工格栅加筋土挡墙以其良好的技术优势广泛应用于各工程领域。基于高速铁路对线下结构变形的严格要求，高速列车荷载作用下加筋土挡墙的变形行为与控制成为关键。目前，尽管做了大量研究工作，但对高速铁路加筋土挡墙变形控制可资利用的成果很少。本项目从试验、数值模拟和理论分析三种途径对高速列车荷载作用下土工格栅加筋土挡墙的变形行为与控制进行系统研究。内容包括：通过室内大比例模型试验研究列车荷载作用下各种结构的土工格栅加筋土挡墙变形演化过程，揭示结构服役期的变形规律；应用动力弹塑性有限元方法分析高速列车荷载作用下加筋土挡墙的变形大小及规律，阐明加筋土挡墙的变形机制，提出影响结构变形的关键控制因素；基于数学建模和理论推导，提出高速铁路土工格栅加筋土挡墙变形的理论算法。研究最终目的是根据试验、数值模拟和理论分析结果，提出高速列车荷载作用下土工格栅加筋土挡墙变形控制方法，为结构设计与工程应用奠定基础。

土工格栅加筋土挡墙以节约占地、抗震性好、结构稳定、外形美观等优良的工程特性广泛应用于土木工程、交通运输工程和水利工程等领域。高速铁路加筋土挡墙在其自重以及列车轨道荷载作用下内力会发生变化，为了适应这种应力的变化，寻求新的应力平衡而发生变形是不可避免的。但其变形必须在满足结构稳定和使用性能许可的范围之内。项目组通过三年的工作，对高速铁路列车荷载作用下加筋土挡墙的变形行为与演化过程、影响加筋土挡墙的关键控制因素、加筋土挡墙的竖向沉降与水平变形的理论算法以及结构的变形控制技术等方面进行了系统研究并取得了系列研究成果。通过室内大比例模型试验揭示了包裹式加筋土挡墙和模块式加筋土挡墙两种不同墙面结构在静载和循环荷载作用下的作用机理、变形演化过程及变形模式。基于有限元数值分析，分析了影响挡墙稳定性和变形的各种因素，在综合考虑加筋土挡墙强度、变形和内外部稳定性的情况下，提出了墙面型式、筋材拉伸模量、筋材竖向间距和筋材长度等是影响结构变形与稳定的主要控制因素。采用数值解析方法推导出考虑筋土相对位移影响的加筋复合材料的水平及竖向复合弹性模量和剪切模量，提出了基于考虑非相关联流动法则的滑移线场理论的筋材伸长变形、加筋土挡墙墙体水平变形以及墙顶局部荷载作用下土工格栅加筋土挡墙水平变形的计算方法，推导了考虑加筋体复合模量的分层总和法计算墙体因固结而产生的沉降以及基于墙面水平位移引起的墙体沉降计算方法。以高速铁路线下工程工后沉降控制标准为前提，依据数值模拟，结合理论计算模型，提出了高速铁路土工格栅加筋土挡墙变形控制方法，并在国内外首次实施了模拟列车循环荷载作用的土工格栅加筋土挡墙现场激振试验监测，实现高速列车荷载作用下加筋土挡墙变形的有效控制，为进一步应用推广奠定了基础，研究成果对结构的应用推广具有重要的理论价值和现实意义。截止到2016年1月，已发表SCI收录论文4篇，发表EI收录论文10篇（包括已录用的2篇），授权专利2部，荣获河北省科技进步一等奖1项，培养硕士研究生7人。