土体剪切变形时间效应特性及高速铁路路堤长期变形状态控制技术研究

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1、土体剪切变形时间效应特性及高速铁路路堤长期变形状态控制技术研究第1章绪论1.1研究意义及问题提出高速铁路最大的优点是载客量非常闻。一般情况，闻速铁路旅程以大城市中心为出发及目的地，转乘的时间跟驾驶汽车相若，虽然高速铁路的速度比不上飞机，但在距离稍短的旅程(650km)，高速铁路因为无需颇为遥远(通常远离市中心)的机场登机，因而仍会较为省时。而且高速铁路的班次可以较为频密，总载客量亦远高于民航。根据UIC(国际铁路联盟)的定义，高速铁路指专门修建新的高速新线，使营运速度达到250km/h以上的铁路系统，或者

2、通过改造(直线化，规矩标准化)原有线路而成的铁路系统能得到运营速度200km/h以上，为了达到这个目标，除了列车在运营能达到速度一定标准外，车辆、轨道、装备、操作都需要配合提到非常高的标准。1964年日本东海道新干线的建成运营后，使得修建高速铁路成为世界铁路摆脱困境的有效发展途径[1]。在随后的几十年时间里，高速铁路在世界各国得到了较大的发展，日本、法国、德国等相继建成了高速铁路网络。中国高速铁路建设虽然起步较晚，但在十一五期间迎来了史无前例的快速发展。截止2012年底，中国新建客运专线里程近万公里，居世界

3、第一。中国《十二五综合交通运输体系规划》明确提出十二五期间加快铁路客运专线、区际干线、煤运通道建设，发展高速铁路，基本建成以高速铁路为骨架、总规模5万公里的国家快速铁路网。可见，在今后5-10年内，髙速铁路仍将是中国交通运输体系建设的重点;日本目前建成的高速铁路里程约2700公里，在今后一段时间内，还将进一步完善全国高速铁路网络;欧洲计划在2020年建成泛欧高速铁路网，使既有线改造和新建线路总里程超过25000公里，连接欧洲各国主要城市;另外，美国、俄罗斯、印度以及中东地区也纷纷提出了本国的高速铁路发展计划

4、。.1.2国内外研究现状早期的路基是按土石方工程的方式进行建造管理的，重点关注的是填挖方的工程数量及运距等成本因素，而作为工程结构物的强度和变形等力学指标的控制基本没有要求。随着工程建设标准的提高和行车速度的提升，开始对路基的服务功能提出了满足服役性能的技术要求，路基的建造开始逐渐由土石方工程向土工结构物转变，要求对路基进行结构设计。然而充分掌握路基结构的荷载作用条件、以及路堤填筑在长期荷载作用下的力学特性是对路基进行结构分析的前提。以下就这几方面的内容以及有关路堤填筑设计理论、方法的国内外研究现状进行总结

5、和阐述。从微观角度来看，土是一种由固体颗粒、液态水和气体三个部分组成的复杂材料，在外力作用下土中液体水和气体会排出，固体颗粒重新排列使土体产生变形。液体水和气体在排列过程中受到阻碍，会延迟土体变形，此外，颗粒之间的接触是结合水膜之间的接触，结合水的粘滞性也使得土体变形有时间效应的特性。因此，土体的变形显出与时间密切的相关性，即流变性。流变性对土的变形和强度均有影响，是土的一个重要工程性质。工程实践中，土体的流变特性表现在螺变、松她、流动和长期强度等方面。孺变表现在恒定荷载作用下土体具有时间效应变形特征;松弛

6、表现在恒定变形下应力随时间衰减;流动表现在给定时间的变形速率随应力变化;长期强度表现在长期荷载作用下强度的变化。本文所述的变形时间效应特性主要指土体的螺变性质。.第2章土体变形状态特征及数理力学描述2.1引言现有的岩土变形状态划分理论存在一定的不完整性和周限性，对于小应力水平和中间应力水平下的划分欠细化，而且许多变形状态的划分只是概念上的定性分析，缺乏具有明确意义的判定准则和阈值以及各个状态下的土体参数指标等，这些都在一定程度上局限了其在工程设计应用方面的推广。高速铁路路基具有荷载水平小(其数值远小于极限荷

7、载)、填料优良和压实标准高等特点，路基往往在变形尚未达到破坏状态前，其沉降量就已经超出容许限度。所以，必须通过更为细致的状态划分理论进行分析，从而保证高速铁路修建和运营的可靠性。.2.2土体变形时间效应特征及状态划分土是一种黏弹塑性材料，其变形的发展与荷载大小和作用时间密切相关。作为铁路公路路基、建筑地基和堤现等土工结构物以及边坡和滑坡体等特殊工程体的直接构成材料，在不同的荷载水平下，其变形随时间的发展规律就成为判断这些结构工程体服役期使用性能和安全性能的重要依据。螺变是土体一种主要的具有时间效应(时间效

8、应)的变形形式，由于土体螺变导致结构失效甚至破坏对国民经济发展造成巨大损失的工程案例已不在少数。基于以上原因，大量学者在这一领域进行了较为广泛的研究，取得了许多有益成果，使人们对于土体这种特殊材料的变形性质得到了不断深入的认识。土体的变形分为弹性和塑性两种，弹性变形表现为受外力作用的土体在外力卸除后可以完全恢复，而且在此处认为弹性变形可以瞬吋产生和恢复;相应地，塑性变形则不可恢复，其随时间的变化表现出粘滞性，即具