列车荷载作用下饱与软粘土地基的附加沉降.pdf

列车荷载作用下饱和软粘土 地基的附加沉降 王常晶姬美秀陈云敏 (浙江大学建筑工程学院岩土工程研究所，杭州310027) 摘要列车振动在地基表面引起循环荷载，饱和软粘土地基在循环荷载作用下会发生强度软化，孔 压上升，产生附加变形。文中用移动荷载作用下弹性地基Timoshenko粱拟静力解对列车引起的地基 表面循环荷载进行了计算，得到了荷载的幅值、频率和作用周数。根据饱和软粘土在循环荷载作用下 的动力特性试验，计算了地基的附加沉降，发现如果地基不经过处理，在列车荷载的作用下有可能产 生较大的沉降。 关键词循环荷载；列车撮动；附加沉降 1前言 当今，出于对全球可持续发展战略问题的考虑，公众交通系统相对于其他交通系统而言，因 消耗较少的能源而被视为恢复、扩大大都市活力的重要途径…。近年我国城市交通建设的发展随 着经济发展的步伐也在紧锣密鼓的进行，城市客运轨道交通建设是其中重要的组成部分。从20 世纪70年代开始，北京开始地铁建设。随后上海、广州、天津等城市也相继开展了地铁建设。 随着地铁线路的延伸，地铁不可避免的要建在软弱土地基上，尤其在东南沿海一带。在循环荷载 作用下，饱和软粘土会发生强度弱化、孔压上升，产生附加变形。如果地基不经过处理，在列车 荷载作用下地基可能会产生较大附加沉降。某地铁已建好的隧道的长期沉降监测资料表明：在地 铁尚未正式通车的两年内，绝大部分沉降点的总沉降量很小。但是自试运营以后，沉降速率急剧 加大，沉降在不断的发展，而且还有继续发展的趋势。造成这一现象的一个不可忽视的重要原因 就是循环振动荷载作用下的饱和软粘土发生软化”J。 本文将列车荷载简化为一系列以列车车速移动的集中荷载，将轨道路堤简化为Timoshenko 车荷载在地基表面引起的循环荷载、频率和作用周数进行了计算；针对此循环荷载的特征，在循 环荷载作用下进行了饱和软粘土动力学试验；利用试验结果估算了在列车荷载作用下天然地基的 附加沉降。分析结果表明：软土地基如果不经过处理，列车振动荷载可能会引起较大的附加沉 降。 2弹性地基Timoshenko梁在移动荷载作用下的拟静力解 基本思想是：将列车每一节车厢的荷载平均分到该节车厢的每个车轮上，忽略列车宽度方向 两个车轮之间的距离，将这两个车轮荷载合并算作一个荷载作用在路轨系统上，荷载之间的距离 就是沿列车长度方向车轮竖向轴线之间的距离。这样将列车荷载简化成一系列以列车车速V。移 动的集中荷载。将路轨系统简化为Timoshenko梁，地基土用弹簧代替(刚度为^；)，于是列车 ·1118 ————至堂曼!整型主董茎堡旦!丝塑塾塾圭垫茎盟堕塑亟竖—— ，如图1(a)所示。图中 荷载下的路轨系统就简化成移动荷载作用下的弹性地基Tim—henko A为第i个列车荷载(荷载总数为n)，置为第i个荷载的位置，“，一，是第i一1个荷载与第i个 荷载的间距。荷载大小以及间距可以相等也可以不等，取决于列车的实际情况。图1(a)所示 问题的解可以通过对图1(b)所示问题的解叠加而得。图1(c)为梁单元的受力情况。 o (^．J。)(咋，J+MP，，j．}le,，．Xi．川^．o?)(PI 一一_]一一 一一厂————T一一一一 蔫簧专 彳 。专 —————一————————————r—————，—————1一t——_———— 妄t 妄 彳 ：寺 l土弹簧 l 图1(8)列车荷载下的路轨系统简化模型； (b)单个移动荷载下的Timo咖