岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (11): 3169-3181.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0572

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高速列车荷载作用下饱和软土地基动力响应研究

胡静,唐跃,张家康,邓涛   

  1. 福州大学 土木工程学院,福建 福州 350108
  • 收稿日期:2021-05-13 修回日期:2021-07-20 出版日期:2021-11-11 发布日期:2021-11-12
  • 作者简介:胡静,女,1991生,博士,助理研究员,主要从事铁路路基动力响应、地铁隧道动力问题等方面的研究
  • 基金资助:
    福建省自然科学基金项目(No. 2020J05107);软弱土与环境土工教育部重点实验室(浙江大学)开放基金项目(No. 2020P05);福州大学引进人才科研启动项目(No. 0050-510086 GXRC-20024)。

Dynamic responses of saturated soft soil foundation under high speed train

HU Jing, TANG Yue, ZHANG Jia-kang, DENG Tao   

  1. College of Civil Engineering, Fuzhou University, Fuzhou, Fujian 350108, China
  • Received:2021-05-13 Revised:2021-07-20 Online:2021-11-11 Published:2021-11-12
  • Supported by:
    This work was supported by the Natural Science Foundation of Fujian Province (2020J05107), the Open Research Fund of the Ministry of Education Key Laboratory of Soft Soils and Geoenviromental Engineering (Zhejiang University) (2020P05) and the Start-up Fund of Fuzhou University (0050-510086 GXRC-20024).

摘要: 基于Biot多孔介质理论,建立了车辆-轨道-饱和地基耦合系统的2.5维有限元分析模型,研究了高速列车荷载作用下饱和软土地基动力响应的发展规律。研究结果表明:当列车速度小于系统临界速度时,列车荷载在饱和软土中引起的最大超静孔压值由列车运行速度c和饱和土渗透系数 的比值 决定。对于本模型中的饱和软土,当 ≤3 104时,饱和土中几乎不会产生超静孔压,此时饱和地基可以被当作弹性地基处理。饱和软土地基中的超静孔压随 单调增长,并且存在一个临界 值,对应超静孔压能够达到的最大值;超过临界 值后,超静孔压不再随 的变化而变化。饱和软土地基中,有效应力的响应强度和作用范围主要由列车速度和饱和土渗透系数共同控制;但位移响应与渗透系数无关,主要受列车速度控制。特别地,当列车速度达到或超过系统临界速度时,饱和软土地基中会出现显著的马赫效应。

关键词: 饱和软土地基, 高速列车, 2.5维有限元法, 超静孔压, 临界速度

Abstract: Based on the Biot theory of porous media, this paper proposes a coupled vehicle-track-saturated foundation model to study the dynamic responses of saturated soft soil foundation under high speed train via two-and-half dimensional finite element method (2.5D FEM). It is found that the ratio of train speed c and soil Darcy permeability ( ) determines the extent to which maximum excess pore pressures build up in saturated soft soil under the train load when the load speed is lower than the critical speed. For a saturated soil of a particular stiffness, if is less than or equal to 3×104, the soil can be viewed as highly permeable in relation to the load velocity and almost no excess pore pressure is developed, the saturated soil can be modeled using single-phase medium. There is a critical value of for the development of excess pore pressure, when is smaller than the critical value, the maximum excess pore pressure increases with increasing . Above the critical value of , the maximum excess pore pressure remain independent of . The amplitude and affect scope of effective stress are mainly controlled by train speed and soil permeability for saturated soft soil foundation. The response of displacement is mainly controlled by the train speed. Significant Mach effects have been induced in the saturated soil foundation by the moving train, when the train speed reaches or exceeds the critical velocity of the track-foundation system.

Key words: saturated soft soil foundation, high-speed train, 2.5D FEM, excess pore pressure, critical velocity

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