路基模型试验地基系数的确定

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1、铁道建筑48RailwayEngineeringOctober,2005文章编号:100321995(2005)1020048203路基模型试验地基系数的确定1112马伟斌,史存林,涂英辉,杜晓燕(11铁道科学研究院,北京100081;21北京圣天工程咨询公司,北京100073)摘要:路基施工与设计时常用K30作为地基系数的指标,然而在模型试验中往往不能直接测试得到。文章针对D=10cm的荷载板,通过试验测试与有限元计算来确定路基的标准地基系数。关键词:模型试验地基系数有限元中图分类号:TU411193文献标

2、识码:A1问题的提出在路基设计与施工中,有压实系数K、相对密度Dr、孔隙率n、地基系数K30与变形模量EV及动态变形模量EVd等控制指标,其中地基系数Ks已成为行业界广泛使用的公认参数。地基系数的测试方法有两种:一是通过动态变形模量测试仪测出EVd,然后通过经验公式换算得出;二是采用荷载板静载试验直接测图1地基系数测试原理图出。目前常用的是直接采用D=30cm荷载板进行测试,但也有其局限性,如在模型试验中由于模型箱尺寸基床系数与荷载板的尺寸有关,荷载板单位下沉原因造成无法采用D=30cm荷载板进行试验,或因量

3、所对应的单位面积压力不是一个常数,荷载板面积边界效应造成采用D=30cm荷载板进行试验得出的越大,对应单位面积压力越小。载荷试验结果表明,试结果误差较大。本文是针对模型试验中不同尺寸承载验单位面积压力和变形曲线也不是严格的线性关系,板地基系数的确定进行研究的。因此s的取值比例对K值的影响不能忽视。铁路规范2地基系数确定规定K30采用D=30cm的荷载板,取变形s=01125cm时所对应的单位面积的压力为标准基床系211测试原理数。而本次模型试验一个轨枕支撑点下,路基基床同地基系数的测试基于Winkler模型的

4、荷载与变形道床接触的底面积宽度接近于10cm,所以采用直径线性的假设,即q(x)=uy(x),q(x)为路基对承载板10cm的荷载板进行检测更接近实际。的分布反力,u为路基的变形模量,y(x)为x处的承根据以上方法进行大量载荷试验发现:单位面积载板位移。该假设把路基看做连续排列相互独立的线压力与变形曲线近似呈线性特征关系,下沉量s的取性弹簧,即每个弹簧的变形与相邻弹簧的变形无关,仅值比例对K值的影响不能忽略。所以试验取变形s=取决于作用在其上的力。01416mm所对应的单位面积压力为地基系数K10,最Wink

5、ler最早提出用“弹簧”来描述地基与承载体之间的相互作用,用一维角度描述分析模型时就是弹终测出的K10值及由此得出的变形模量值E见表1。性地基梁,这里的地基模型是Winkler模型的二维应用,测试原理见图1。表1地基系数K10试验测试值与模拟计算值对比地基系数可由以下公式计算得来:项目试验1试验2试验3试验4试验5试验6Ks=qPs变形模量PMPa33.0717.3522.3427.6231.3420.13式中q———作用在荷载板上单位面积的压力(MPa);试验值P(MPaPm)400210270330380

6、240s———荷载板的下沉量(m)。模拟值P(MPaPm)395205264326375238212模型试验地基系数K10的确定©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2005年第10期路基模型试验地基系数的确定49为了验证不同尺寸荷载板试验得出的反应模量间取过承载板中心的一位移云图竖向截面与一应力的换算关系,进行了数值模拟计算,在有限元分析中,云图竖向截面,见图3

7、。采用变形模量E作为路基刚度的指标。计算参数如下:3土体:150cm×150cm×75cm,DENS=2kgPcm;μ=013;承载板:D=10(30)cm,H=5cm,DENS=7183kgPcm;μ=013;根据模型的具体情况,采用扫略网格划分,并用2640个8节点等参单元将结构离散成分散体系,模型形状及分网见图2。模型尺寸的确定是遵循圣维南原理,土体在水平与垂直方向的一定范围内发生变形,因此设定边界条图2模型立体图件为周边各节点全约束。图3过承载板中心截面的位移与应力云图由图3可看出位移与应力影响范围均

8、在30cm之表2不同变形模量的计算反应模量内,因模型箱短边尺寸为30cm,因此在模型试验中采E/MPaK10P(MPaPm)K30P(MPaPm)K30PK10用D=10cm的承载板进行压实,检测数据可靠。10118.2742.950.363152由表1可看出,地基系数的计算值与试验测试值20236.0885.730.363143十分接近,误差在018%～2%之间,从而说明地基系30353.8712