考虑应力主轴旋转的地铁动载下饱和黏土特性与长期沉降研究

以交通荷载引起的地基土应力主轴旋转为主线，以地铁为代表的轨道交通为对象，首先建立综合考虑列车、轨道、隧道、地基耦合动力相互作用的计算模型并与实测相结合，分析地铁行车荷载下隧道地基土的动应力状态、路径及应力主轴旋转特性。然后，借助先进的室内试验系统，模拟这一复杂加载路径，并对不同应力状态、各向异性及结构特征的饱和黏土特性展开试验研究。结合试验结果，提出应力主轴旋转下饱和黏土的动应变、动强度破坏准则，及动孔压增长、动模量软化、轴向应变累积计算模型，并建立一个能描述土体复杂初始应力条件、结构特征和应力主轴旋转特性的弹塑性动力耦合本构模型。利用上述基础研究成果，探讨考虑应力主轴旋转的地铁动载下饱和黏土长期沉降的理论与实用计算方法，分析沉降演化机理并预测及与实测比较。该项研究不仅对揭示软土在复杂应力条件下的特性与机理具有科学意义，而且能为软土地区地铁工程结构设计提供有力的理论依据，也具有实用价值。

以交通荷载引起的地基土应力主轴旋转为主线，以地铁为代表的轨道交通为对象，建立了综合考虑列车、轨道、隧道、地基耦合动力相互作用的计算模型并通过与实测相结合，分析了地铁运行荷载下轨道、隧道和地基的振动特性以及地基土的动应力状态、路径及应力主轴旋转特性。然后，借助空心圆柱仪（GDS-HCA）试验系统，模拟了地基土这一复杂加载路径，并对具有不同初始应力状态、动应力加载幅值和频率的原状饱和黏土特性展开了试验研究。结合试验结果，分析了应力主轴旋转下饱和黏土的动应变、动孔压增长规律，并建立了累积变形和孔压的计算模型，还定量研究了主应力轴旋转对地铁动载下饱和黏土累积变形和孔压的影响。利用上述基础研究成果，探讨了考虑应力主轴旋转的地铁动载下饱和黏土长期沉降的计算方法，分析了地铁动载下饱和黏土长期沉降的机理和规律。通过两个案例4年多的现场监测数据分析，表明预测结果与趋势和实测相接近，验证了计算预测结果的合理性。该项研究不仅对揭示软土在复杂应力条件下的特性与机理具有科学意义，而且能为软土地区地铁工程结构设计提供有力的理论依据，也具有实用价值。