岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (6): 1671-1682.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1409

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基于路基土蠕变效应的路基预应力损失模型研究

冷伍明,邓志龙,徐方,张期树,董俊利,刘思慧   

  1. 中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075
  • 收稿日期:2021-08-21 修回日期:2022-03-07 出版日期:2022-06-21 发布日期:2022-06-30
  • 通讯作者: 徐方,男,1986年生,博士,副教授,硕士生导师,主要从事路基工程、边坡工程、地基与基础方面的教学和科研工作。E-mail: fangxu@csu.edu.cn E-mail:wmleng@csu.edu.cn
  • 作者简介:冷伍明,男,1964年生,博士,教授,博士生导师,主要从事铁路路基整治技术研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51978672,No.51709284,No.51678572);中南大学深化创新创业教育改革研究项目(No.2020CG039)

A prestress loss model for subgrade considering creep effect of subgrade soil

LENG Wu-ming, DENG Zhi-long, XU Fang, ZHANG Qi-shu, DONG Jun-li, LIU Si-hui   

  1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410075, China
  • Received:2021-08-21 Revised:2022-03-07 Online:2022-06-21 Published:2022-06-30
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51978672, 51709284, 51678572) and the Research Project on Deepening Innovation and Entrepreneurship Education Reform of Central South University(2020CG039).

摘要: 新型预应力路基技术可用于整治路基病害或强化既有线路基,研究其预应力损失规律对保障预应力路基工程的长期安全具有重要意义。基于弹性理论提出了预应力路基侧压力板与路基边坡接触面中心点后方水平路径上附加应力的计算方法,分析表明该特征路径上水平附加应力随距板−土接触面中心点距离的增加呈现良好的指数函数衰减关系。基于水平附加应力的指数函数扩散规律及路基土的蠕变行为,推导了路基土的蠕变变形计算公式。进一步基于蠕变变形与预应力钢筋回缩变形的协调性,建立了路基预应力的损失模型和计算方法,并结合FLAC3D数值仿真开展了对比分析。研究表明:钢筋预拉力损失的理论预测曲线与数值仿真曲线吻合良好,二者偏差不足5%,论证了路基预应力损失模型的有效性;钢筋预拉力可在锚固后的60 d内达到稳定,且预拉力的稳定值可达其初始值的85%~90%,说明新型预应力路基技术可为路基土提供相当可观的稳定附加围压,从而通过改善路基土的应力状态达到强化路基的目的。

关键词: 预应力路基, 附加应力, 蠕变效应, 预应力损失, 耦合效应模型, 数值仿真

Abstract: The new prestressed subgrade (PS) technology can be used to treat subgrade diseases or strengthen existing subgrades. It is of great significance to study the prestress loss law to ensure the long-term safety of PS project. Based on the elastic theory, an analytical method is developed to calculate the additional stresses on the horizontal path behind the center point of the lateral pressure plate-embankment slope interface. The analyzed results show that the horizontal additional stress on this feature path decreases with increasing the distance away from the center point in a good exponential relationship. According to the exponential diffusion law of the horizontal additional stress and the creep behavior of the subgrade soil, a formula is derived to calculate the creep deformation of the subgrade soil, and a prestress loss model and calculation method are then established for PS based on the deformation coordination of the embankment soil creep and steel bar contraction. Comparative analyses are consequently performed using the proposed method and FLAC3D numerical simulations. The results show that the theoretical prediction curves of the pre-tension loss of the steel bar is in good agreements with the numerical simulations with a deviation less than 5%, which indicates the effectiveness of the proposed prestress loss model of the PS. The pre-tension force of the steel bar stabilizes within 60 days after anchored, and the stable pre-tension force reaches 85%–90% of its initial value, which demonstrates that the new PS technology could provide considerable stable additional confining pressure for the subgrade soil, so as to strengthen subgrade by improving the stress state of the subgrade soil.

Key words: prestressed subgrade, additional stress, creep effect, prestress loss, coupling effect model, numerical simulation

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[1] 张玉国, 杨文兵, 赵雅纯, 王闯, 赵亚敏. 双向渗流下考虑应力时空效应的组合桩复合地基固结理论研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(1): 184-196.
[2] 崔瑜瑜, 吴立鹏, 沈兴华, 王兴召, 秦亚琼, 刘杰, 卢正, 吴磊, . 粉质黏土基坑卸荷隆起变形的简化计算方法[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1425-1434.
[3] 马书文, 卢谅, 王宗建, 王经天, 李蓝星, . 落石冲击下预应力加筋土路堤变形及荷载传递机制[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 799-809.
[4] 徐方, 张期树, 冷伍明, 邓志龙, 董俊利, 刘思慧, . 基于附加应力扩散效应的新型预应力路堤 稳定性分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 431-442.
[5] 冯忠居, 江冠, 赵瑞欣, 龙厚胜, 王政斌, 张正旭, . 基于多因素耦合效应的锚索预应力长期损失研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2215-2224.
[6] 童星, 袁静, 姜叶翔, 刘兴旺, 李瑛, . 基于Mindlin解的基坑分层卸荷附加应力计算 及回弹变形的多因素影响分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2432-2440.
[7] 郎瑞卿, 杨爱武, 闫澍旺, . 修正等应变假定下刚性桩复合地基固结特性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 813-822.
[8] 李强, 高 松, 牛红凯, 尚艳亮, . 尾矿库浸润线解析解及适用性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(11): 3714-3721.
[9] 艾希, 冷伍明, 徐方, 张期树, 翟斌, . 新型预应力路基水平附加应力计算的图表法[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 253-266.
[10] 余 瑜, 刘新荣, 刘永权, . 基坑锚索预应力损失规律现场试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1932-1939.
[11] 卢志国, 鞠文君, 赵毅鑫, 王浩, 郑建伟, 刘爱卿, . 采动诱发应力主轴偏转对断层稳定性影响分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4459-4466.
[12] 冷伍明, 张期树, 徐方, 聂如松, 杨奇, 艾希, . 新型预应力路基坡面法向附加应力扩散规律分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 3987-4000.
[13] 周 勇,令永强,杨校辉, . 考虑附加应力作用的桩锚支护结构稳定性与位移关系研究[J]. , 2018, 39(8): 2913-2921.
[14] 陈昌富, 曾松林, 刘一俊. 考虑预应力损失桩-锚结构内力计算的加权残值法[J]. 岩土力学, 2018, 39(12): 4569-4576.
[15] 何 团,毛德兵,黄志增,孙晓冬,张学亮, . 特厚煤层区段防水煤柱稳定性评价及保护技术研究[J]. , 2017, 38(4): 1148-1153.
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[1] 刘 晓,唐辉明,刘 瑜. 基于集对分析和模糊马尔可夫链的滑坡变形预测新方法研究[J]. , 2009, 30(11): 3399 -3405 .
[2] 胡大伟,周 辉,谢守益,张 凯,邵建富,冯夏庭. 大理岩破坏阶段Biot系数研究[J]. , 2009, 30(12): 3727 -3732 .
[3] 师旭超,韩 阳. 卸荷作用下软黏土回弹吸水试验研究[J]. , 2010, 31(3): 732 -736 .
[4] 原喜忠,李 宁,赵秀云,杨银涛. 东北多年冻土地区地基承载力对气候变化敏感性分析[J]. , 2010, 31(10): 3265 -3272 .
[5] 白 冰,李小春,石 露,唐礼忠. 弹塑性应力-应变曲线的斜率恒等式及其验证和应用[J]. , 2010, 31(12): 3789 -3792 .
[6] 唐利民. 地基沉降预测模型的正则化算法[J]. , 2010, 31(12): 3945 -3948 .
[7] 李占海,朱万成,冯夏庭,李绍军,周 辉,陈炳瑞. 侧压力系数对马蹄形隧道损伤破坏的影响研究[J]. , 2010, 31(S2): 434 -441 .
[8] 蔡辉腾,危福泉,蔡宗文. 重庆主城区粉质黏土动力特性研究[J]. , 2009, 30(S2): 224 -228 .
[9] 宋 玲 ,刘奉银 ,李 宁 . 旋压入土式静力触探机制研究[J]. , 2011, 32(S1): 787 -0792 .
[10] 金解放 ,李夕兵 ,殷志强 ,邹 洋. 循环冲击下波阻抗定义岩石损伤变量的研究[J]. , 2011, 32(5): 1385 -1393 .