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加筋土挡墙在重复荷载作用下的模型试验与动态响应分析.pdf

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第21卷第10期岩石力学与工程学报21(10)：1541～1546 2002年10月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringOct.，2002 加筋土挡墙在重复荷载作用下的模型试验 * 与动态响应分析 杨果林王永和 (中南大学铁道校区土木建筑学院长沙410075) 摘要通过对加筋土挡墙在列车车辆重复荷载作用下的模型试验，得出了加筋土挡墙的动态响应特性：水平、竖向 加速度及位移均值随挡墙高度的变化规律。推导了加筋土挡墙在重复荷载和稳态阻尼作用下的竖向位移、速度、加 速度振动方程。 关键词加筋土挡墙，动力特性，模型试验，动态响应分析 分类号TU413.6+2，TU411.8文献标识码A文章编号1000-6915(2002)10-1541-06 多国家通过现场试验来研究路基动力特性。如日本 1引言研究者对路基动应力和下沉进行了试验，德国对具 有不同刚度的路基进行了轮载试验，国内一些单位 加筋土挡墙作为铁路路基，是线路的基础，不对大秦线、成昆线、宝成线和京沪线分别进行了现 但要承受线路上部结构的自身荷载，而且还要承受场路基动态试验[1，2]，但均未涉及加筋土挡墙的动 列车重复荷载作用。前者对路基产生静压力，其大力特性问题。 小取决于上部结构形式，如轨道、轨枕型号、道床现场试验是最直接的第一手资料，但由于受经 厚度等；后者则随车轮移动而产生重复荷载，对挡费、现场条件限制，加上影响加筋土挡墙动力特性 土结构产生动应力，其大小与轴重、车辆的型号、的因素太多，如轨下系统的结构型式、轴重、列车 运行速度及运行方向等有关。运行速度、频率、填土性质、筋材力学性质、气候 加筋土挡墙在列车重复荷载作用下表现出的动等，不可能都通过现场试验一一进行。为此，本文 力特性，如动应力、动位移、水平与竖向加速度、通过室内模型试验，模拟列车荷载对加筋土挡墙的 永久变形等，会引起线路运营条件的恶化。首先， 重复作用，能够考虑更多因素对加筋土挡墙的影响， 在列车荷载作用下，如果加筋土挡墙因路基的累积 突出研究重点，更有效地研究加筋土挡墙在列车动 永久变形过大，会引起线路不均匀下沉，造成线路 力荷载作用下的动力特性。 不平顺，同时也影响线路正常维修与养护；其次， 列车产生过大的弹性变形，会加剧线路与车辆的相 加筋土挡墙的动力特性模型试验简 互作用和振动，影响列车运行的稳定性和舒适性；2 最后，过大的动应力会引起筋材的应力松驰，使筋介 材产生蠕变而导致加筋土挡墙产生过大的侧向变形 和竖向变形，从而影响列车的营运质量。列车荷载是经钢轨传递给轨枕，再由轨枕传递 现场试验是研究加筋土挡墙动力特性的基本方到道床和加筋土挡墙上，对于加筋土挡墙某水平位 法，为研究加筋挡墙动力特性提供第一手材料，许置的某点而言，理论上讲，所有列车轮载对该点都 2000年10月17日收到初稿，2001年1月5日收到修改稿。 *铁道部基金资助项目(004594)。 作者杨果林简介：男，1963年生，博士，1990年毕业于长沙铁道学院，现任教授，2001年6月进入湖南大学土木水利工程博士后流动站，主要从 事结构工程及岩土工程专业的教学与科研工作。 •1542•岩石力学与工程学报2002年 有影响，但主要来自最接近的轨枕。理论分析和现墙面板在同一竖直平面内，板与板之间由截面形状 场实测结果表明，列车荷载下路基土的动应力波形为"H"型的连接件形成绞接。 并非规则的双向对称正弦模式，而是一种单向脉冲所用加筋筋材为目前广泛应用于实际工程中的 应力模式。在试验中，铁道部科学研究院采用单向几种典型筋材，包括土工格栅、土工布、土工带、 脉冲荷载[3]、西南交通大学采用正弦波形[1]荷载。 土工网4种材料，其力学性能指标参见文[4]。 从实际情况来看，由于加筋土挡土墙上部有结构重 墙面板与筋材为铰接连接。所用填料为级配均 量，加上加筋土挡墙自身的重量，这是静荷载部分， 匀的中砂，共有5层，每层厚度等于墙面板宽， 不随列车动力荷载而变化；列车通过时，对挡土墙 为0.240m，加筋土挡墙高1.200m。 产生动应力，为了简化计算，可将列车对加筋土挡 累积变形采用大量程百分表量测。百分表分别 墙施加的动应力视为正弦波形。两者叠加之后的情 安装在墙面板侧面和轨枕上。在每层墙面板中线位 况，如图1所示。 置和轨枕表面各安装2个百分表。 为了量测土压力随加载次数和荷载的变化情 况，在每层墙面板内侧安装一个土压力盒。 加筋筋带沿长度方向每层布置3个量测应变元 件，量测元件由铍铜片局部置换筋带，并与筋带形 成牢固的连接，在铍铜片上贴应变片，通过电线从 填土中引出进行量测，量测元件预先进行标定。 沿筋材长度方向和水平位置，布置层牛皮纸， 5 图1动应力正弦波形每层有两