高速鐵路軟土地基沉降變形規(guī)律與控制方法研究項(xiàng)目摘要

軟土地區(qū)高速鐵路工后沉降控制是一個復(fù)雜課題，盡管我國已有數(shù)條客運(yùn)專線投入運(yùn)營，但以橋代路為主，路堤工后沉降能否達(dá)到技術(shù)要求尚無定論，目前大規(guī)模的高鐵建設(shè)急需解決這個難題。本項(xiàng)目針對軟弱土的復(fù)雜性和高鐵工后沉降要求嚴(yán)格的特點(diǎn)，通過室內(nèi)大中型靜動三軸和流變?nèi)S試驗(yàn)、大型模型槽和現(xiàn)場原位試驗(yàn)及現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)值仿真和理論分析等手段，重點(diǎn)研究高速鐵路路堤荷載和列車動載條件下軟弱地基土固結(jié)、次固結(jié)變形特性和基床填料的動力損傷特性，研究樁網(wǎng)、樁板及樁筏結(jié)構(gòu)復(fù)合地基控制軟土地基沉降變形特性等內(nèi)容，揭示復(fù)雜條件下高速鐵路軟土地基變形機(jī)理，建立路堤荷載和高速列車動載下考慮軟弱土結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型、長期變形計(jì)算方法、樁網(wǎng)、樁板及樁筏結(jié)構(gòu)等復(fù)合地基沉降變形計(jì)算方法、樁基-墊層和路堤耦合作用基本理論、基床填料動力損傷模型以及動力損傷引起的路堤累積變形預(yù)測方法、路橋過渡段差異沉降等，為我國鐵路建設(shè)和安全維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

項(xiàng)目對高速鐵路軟土地基沉降變形規(guī)律與控制方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，有效完成預(yù)計(jì)研究目標(biāo)，并取得系列研究成果：（1）揭示路堤荷載下高速鐵路軟土地基沉降變形機(jī)理，并提出控制方法：①針對高速鐵路地基軟弱土的結(jié)構(gòu)性特征與次固結(jié)變形特性，提出結(jié)構(gòu)性土的累積變形預(yù)測模型；②開展PCC樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)合地基沉降控制長期現(xiàn)場監(jiān)測試驗(yàn)研究，揭示加筋墊層剛性承臺效應(yīng)和拉膜效應(yīng)特征等影響下PCC剛性樁承式路堤受力機(jī)理；③開展XCC樁-板結(jié)構(gòu)復(fù)合地基沉降控制與變形機(jī)理研究，并提出樁板式路堤整體變形預(yù)測方法；④開展樁-筏結(jié)構(gòu)復(fù)合地基沉降控制與變形機(jī)理研究，提出筏板下地基反力模型的路堤荷載下樁-筏結(jié)構(gòu)復(fù)合地基沉降計(jì)算方法。（2）揭示高速列車荷載下軟土地基沉降變形機(jī)理，并結(jié)合控制方法探討高速列車荷載-路堤-樁網(wǎng)/樁筏/樁板結(jié)構(gòu)-地基耦合相互作用機(jī)理：①開展高速列車荷載作用下軟土動力特性研究，揭示不同頻率、圍壓的長期交通循環(huán)荷載作用下動應(yīng)力和孔壓變化模式及臨界動應(yīng)力比及其強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律；②揭示高速列車荷載作用下PCC樁承式路堤工作性狀，著重揭示PCC 樁動力響應(yīng)和土拱效應(yīng)特征；③剖析飽和地基中PCC樁復(fù)合地基的動力響應(yīng)，完善高速列車移動荷載下樁基-墊層和路堤的耦合振動理論；④分別從實(shí)測和室內(nèi)試驗(yàn)出發(fā)，提出高速列車荷載下復(fù)合地基和軟土下臥層累積變形計(jì)算方法；⑤開展高速鐵路地基沉降動態(tài)觀測，提出CFG樁-網(wǎng)復(fù)合地基工后沉降預(yù)測方法。（3）開展高速鐵路基床的動力特性與路堤變形規(guī)律研究：①研究圍壓、壓實(shí)度和頻率對路基基床材料動彈性模量影響，揭示了路基基床材料瞬態(tài)動力學(xué)特性；②開展高速鐵路基床填料大型動三軸試驗(yàn)，分析加載波形、頻率、含水率對殘余變形和動態(tài)回彈模量的影響，揭示了高速鐵路基床累積變形規(guī)律；③開展高速鐵路基床的損傷特性足尺模型試驗(yàn)，揭示路基基床材料的動力損傷特性；④通過分析預(yù)測建設(shè)期、運(yùn)營期等的路基沉降規(guī)律，提出了高速鐵路動力損傷引起路堤變形的預(yù)測與控制方法。（4）基于速度、基床厚度和剛度影響因素分析，開展高速鐵路列車-軌道-路基-路堤-軟土介質(zhì)動力耦合系統(tǒng)數(shù)值模擬，揭示累計(jì)塑性變形規(guī)律，提出了工后沉降預(yù)測方法。（5）開展高速鐵路路橋過渡段差異沉降研究，分析倒梯形過渡段的坡比以及過渡段的彈性模量對路橋過渡段沉降的影響。項(xiàng)目研究成果為我國高速鐵路設(shè)計(jì)、建設(shè)和安全維護(hù)提供重要參考依據(jù)。 2100433B

首先建立完善的汽油機(jī)加速瞬態(tài)工況動態(tài)模型，包括進(jìn)排氣特征模型、油膜蒸發(fā)模型等。然后模擬汽油機(jī)實(shí)際工作時的加速狀態(tài)，對其燃燒特性進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究汽油機(jī)加速瞬態(tài)工況下的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)及其變化率與燃燒參數(shù)的關(guān)系；探討燃燒參數(shù)的瞬態(tài)特性；研究汽油機(jī)加速瞬態(tài)工況下的進(jìn)氣、噴油及放熱的動態(tài)響應(yīng)；研究汽油機(jī)加速瞬態(tài)工況下排放指標(biāo)的最敏感參數(shù)（空燃比）的變化規(guī)律以及油膜變化對其影響規(guī)律。最后針對實(shí)際瞬態(tài)空燃比控制過程中，氧傳感器存在傳輸時滯，常規(guī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度慢，無法適用于實(shí)時性要求極高的瞬態(tài)空燃比控制等問題，設(shè)計(jì)基于混沌優(yōu)化的復(fù)合自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器優(yōu)化汽油機(jī)加速瞬態(tài)空燃比，進(jìn)而研究汽油機(jī)加速瞬態(tài)工況下的燃燒規(guī)律，證實(shí)其控制方法的有效性。該項(xiàng)目旨在為尋找汽油機(jī)加速瞬態(tài)燃燒規(guī)律、優(yōu)化瞬態(tài)空燃比和降低排放奠定理論基礎(chǔ)，為提高汽油機(jī)燃油利用率，降低排放量提供新的原理和方法，具有較大的理論意義和實(shí)用價值。

本項(xiàng)目圍繞高速鐵路散體道床力學(xué)行為、狀態(tài)劣化機(jī)理及累積變形規(guī)律等關(guān)鍵科學(xué)問題，開展了道砟顆粒三維幾何形態(tài)重構(gòu)及其離散元模擬方法研究，道砟顆粒靜態(tài)壓碎力學(xué)行為及細(xì)觀機(jī)理研究，道砟材料剪切力學(xué)行為的室內(nèi)試驗(yàn)與離散元模擬，高速鐵路道砟振動特性的室內(nèi)試驗(yàn)與離散元模擬，400萬次循環(huán)作用下散體道床累積變形與道砟劣化的1:1實(shí)尺模型試驗(yàn)研究，荷載工況和道砟參數(shù)對道床累積變形的影響機(jī)制與規(guī)律研究，高速鐵路有砟軌道幾何狀態(tài)預(yù)測分析與控制方法研究。本項(xiàng)目研究建立了高速鐵路道砟幾何樣本庫和道砟離散元模型樣本庫，發(fā)展了鐵路道砟力學(xué)性能試驗(yàn)技術(shù)，提出了綜合運(yùn)用離散元、有限元、車輛-軌道耦合動力學(xué)的散體道床力學(xué)行為模擬新方法與新技術(shù)。通過實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬分析，獲得了道床累積變形規(guī)律及道砟顆粒磨損與破損劣化統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，給出了道砟破碎力學(xué)行為的統(tǒng)計(jì)特性和細(xì)觀力學(xué)機(jī)制，獲得了含沙道砟、土工格柵強(qiáng)化道砟直剪力學(xué)性能與參數(shù)影響機(jī)制，揭示了行車速度、荷載條件、道砟級配以及格柵加固等對鐵路道砟振動和累積變形的影響規(guī)律。項(xiàng)目研究還提出了有砟軌道道床不均勻沉降與鋼軌變形映射關(guān)系的求解方法，給出了道床沉降導(dǎo)致的軌枕空吊以及車輛通過時軌枕與道床間動態(tài)的接觸/空吊的狀態(tài)閾值，提出了基于列車運(yùn)行動力學(xué)品質(zhì)的不平順敏感波長及波深控制建議限值。項(xiàng)目研究成果為高速鐵路有砟軌道工程設(shè)計(jì)與養(yǎng)護(hù)維修提供了理論支撐和應(yīng)用參考，其中，關(guān)于有砟軌道不平順的研究成果在中國鐵路總公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《高速鐵路有砟軌道不平順譜》的制訂中得到體現(xiàn)。 2100433B

內(nèi)容簡介

《軟土地基與深基礎(chǔ)工程》結(jié)合研究生和高年級本科教學(xué)的需要，系統(tǒng)地介紹了軟土地區(qū)，特別是上海地區(qū)軟土工程性質(zhì)和地基基礎(chǔ)工程的基本原理、設(shè)計(jì)計(jì)算方法和施工技術(shù)等。全書共分7章，主要內(nèi)容包括軟土地基的工程性質(zhì)、軟土地基處理、軟土的動力特性與地基抗震、軟土中的基坑工程、軟土中的深基礎(chǔ)（樁基、沉井和地下連續(xù)墻）、軟土地基與基礎(chǔ)的共同作用、地下水與基礎(chǔ)工程等。

《軟土地基與深基礎(chǔ)工程》可作為土木工程專業(yè)研究生和高年級本科生教材，亦可供其他從事土木工程勘察、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理的專業(yè)技術(shù)人員參考。