桩网支承路基力学性能数值分析
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受力 变形特 性 的影 响 。
１ 数 值 模 拟
桩 网支 承路 基结 构 中各组 成部分 均 采用 ８节 点 实体减 缩积 分单 元模 拟 。桩 （ 及桩 帽 ）和路基 的本
构 关 系采用 弹性 模型 ，地 基土 的本 构关 系采 用 Ｍｏ — ｈ － ｏ ｌｍｂ非 线 性 模 型 ，碎 石 的 本 构 关 系 采 用 ｒ ｕｏ Ｃ
荷载和格栅拉力等 的影 响。结果表 明，桩土筹井沉 降受软 土层模 量影响最 大 ，路基 存在 明显的应力 集中 即 “ 土
拱 ” 效 应 ，加 筋 网 垫 承 担 的 竖 向 力 随 下 卧层 模 量 、软 土 层 模 量 和 置 换 率 的 增 大 而 减 小 ， 随 格 栅 模 量 的 增 大 而
Ｄｒｃ ｅ— ｒｇ ｒ ｕ ｋ ｒＰ ａ ｅ 非线 性模 型 。为 简化 问题 ，计算 过
程 不考 虑格 栅 蠕变 ，格 栅 采 用 线 弹 性 膜 单元 模 拟 ，
其 模 量根 据 抗 拉强 度 的 ８ 作 为 １ 应 变 的线 拉 ０ Ｏ 力 获得 （ 度 为 ０ ０ ２ ｍ） 厚 ． ０ ，格 栅 膜 单 元 与碎 石 之
识 。桩 网支 承路 基结 构 的研究 内容 主要 涉及 路基 的
模 型 中 ，桩径 ｄ取 ０ ５ｒ；桩 帽 采 用 正 方形 ， ． ｎ 边 长为 以 ；桩 问距 为 ｓ ；格 栅 ２层 ，间距 ０ ４ｍ，２ ． 层 格栅距 碎石 垫层 上下 面各 ０ １ｍ；下 卧层底 端 固 ． 定 ，地基 外边 缘水 平位 移约 束 ，上表 面 自由 。根 据 铁路 地基 和路 基 的结构 对称性 ，取线路 纵 向通过 路 基 中心线 的平 面 、线路 横 向通 过 桩 间土形心 和桩 心 的平面 分别作 为对 称 面 ，建 立三 维模 型 。模 型深 度
计算 中 ，选 用 ３种 格 栅 ，其 抗 拉 强 度 分 别 取
２ ，６ Ｏ Ｏ和 ８ Ｎ ・ ０ｋ ｍ一 。对 于每 种格 栅 ，桩 间距 选 取 １５ ． ． ，２ ０和 ２ ５ ｒ ． ｎ ３种 ，桩 帽 边 长 选 取 ０ ５ ．，
１ ０和 １ ５Ｉ 种 。模 型 的其他计 算 参数见 表 ｌ ． ． Ｉ Ｔ３ 。 计算 过程 分成 ２步 ，第 １ 平衡地 基 和桩 的初 步 始地 应 力 ，第 ２步计 算 垫 层 、路 基 本 体 、基 床 底 层 、基床 表层 及轨 道列 车荷 载 （ 算 为土柱 ，土 柱 换 宽 ３ ４１，高 ２ ９ｍ，容 重 １ Ｎ ・Ｔ ）共 ５级 ． Ｉ Ｔ ． ９ｋ １ Ｉ 分 级加 载引起 的桩 网支承结 构 的受力 和变形 。
取 ２ ． ８ ２ｍ，宽 取 ３ ５ｍ，纵 向取 ０ ７ ～ １ ２ ． ５ ． ５ｍ。
荷 载传 递 、加筋 网垫 的受 力变 形 以及地 基沉 降变 形
等 。本 文通 过 ＡＢ Ａቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＵＳ有 限元软 件 建 立桩 网支 承
路 基结 构 的三 维模 型 ，对 其在 多种 工况 下 的工作 性 状 进行 数值 模拟 ，分 析桩 问距 、桩 帽尺 寸 、软土层 模 量 、下 卧层模 量和 格栅模 量 等关 键 参数 对 Ｇ Ｓ ＲＰ
第３卷 ， ３ １ 第 期
２０ １０年 ５月
文章 编 号 ：１０ ６ ２ （０ ０ ３０ ０—８ ０ １４ ３ ２ １ ）０ ０ １ ０
中 国 铁 道 科 学
ＣＨＩ ＮＡ ＲＡＩ ＡＹ ＩＷ ＳＣＩ ＥＮＣＥ
Ｖｏ ． ｌ Ｎｏ ３ １３ ．
Ｍａ ｙ， ２ １ ０ ０
间的接 触关 系采 用界 面约束 方 法 。桩 侧与 桩 间土之
间采用 面面 接触对 的接触关 系 ，算法 采用库 仑摩 擦
理论 ，桩 土 摩 擦 系数 取 ０３引。桩 底 与下 卧层 、 ．【
桩 顶与 垫层 、下 卧层 与桩 间土 、桩 间土 与网垫 、网 垫 与路 基本 体 、路 基本 体 与基床 底层 、基 床底层 与
增大 ，两桩帽Ｍ格栅竖 向变形近似呈悬索形状 ， 层格栅受 到的拉力约为下层 的 ０ ４ 。 ．倍
关 键 词 ：路 基 ；桩 网 支 承 路 基 ；桩 ；格 栅 ；力 学 性 能
中图 分 类 号 ：Ｕ２ ３ １ １． 文 献 标 识 码 ：Ａ
桩 网支承 路基具 有 工期 短 、沉 降小 、成 本相 对 较低 等特 点ｌ ，已在 客运 专线 中广泛 应用 （ 里 说 】 ７ 这 的桩 主要 为 混 凝 土 桩 、Ｃ Ｇ 桩 、搅 拌 桩 等 刚性 桩 Ｆ
桩 网支 承 路 基 力 学 性 能 数 值 分 析
蔡 德 钩 ，叶 阳升 ，闫宏 业 ，张 千 里 ，何 华 武。
（ ． 中 国铁 道 科 学 研 究 院 铁 道 建 筑 研 究 所 ，北 京 １０ ８ ； １ ００ １
２ ｆ ．ｒ 国铁道科 学研 究院 高速铁 路轨道技术国家 重点实验室 ，北京 ｌ
基 床表层 之 问 的接 触 采用 ｔ 连接 。 ｉ ｅ
或半 刚性 桩 或 带 桩 帽 桩 ，网 为 格 栅 等 土 工 合 成 材
料 ） 虽 然 国 内 外 学 者 对 桩 网 支 承 路 基 结 构 。
（ Ｐ ）进 行 了大 量研 究 ｌ ｊ ＧＲ Ｓ ２ ，但 仍 没 有 统 一 的 认
收 稿 Ｉ期 ：２ ０—３１ ；修 ｉ一 ： Ｉ ０ ９０ —２ ｄ日期 ： ２ ｌ １１ ｏｏＯ —１
摘
１ ０ ８ ；３ ０ ０ １ ．铁道部 ，北 京
１０４） ０ ８ ４
要 ：运 用 ＡＢ Ｑｕｓ有 限元 软 件 建 立桩 网史 承路 基 三 维模 型 ，分 析 桩 问 、桩 帽 尺 寸 、软 土 层 模 量 、 下 Ａ
卧 层 模 昔 和 格 栅 模 量 等 父 键 参 数 对 桩 网支 承 路 皋 沉 降 、桩 土 应 力 、垫 层 ： 应 力 、 加 筋 网 垫 承 担 的 应 力 、桩 土 方
１ 数 值 模 拟
桩 网支 承路 基结 构 中各组 成部分 均 采用 ８节 点 实体减 缩积 分单 元模 拟 。桩 （ 及桩 帽 ）和路基 的本
构 关 系采用 弹性 模型 ，地 基土 的本 构关 系采 用 Ｍｏ — ｈ － ｏ ｌｍｂ非 线 性 模 型 ，碎 石 的 本 构 关 系 采 用 ｒ ｕｏ Ｃ
荷载和格栅拉力等 的影 响。结果表 明，桩土筹井沉 降受软 土层模 量影响最 大 ，路基 存在 明显的应力 集中 即 “ 土
拱 ” 效 应 ，加 筋 网 垫 承 担 的 竖 向 力 随 下 卧层 模 量 、软 土 层 模 量 和 置 换 率 的 增 大 而 减 小 ， 随 格 栅 模 量 的 增 大 而
Ｄｒｃ ｅ— ｒｇ ｒ ｕ ｋ ｒＰ ａ ｅ 非线 性模 型 。为 简化 问题 ，计算 过
程 不考 虑格 栅 蠕变 ，格 栅 采 用 线 弹 性 膜 单元 模 拟 ，
其 模 量根 据 抗 拉强 度 的 ８ 作 为 １ 应 变 的线 拉 ０ Ｏ 力 获得 （ 度 为 ０ ０ ２ ｍ） 厚 ． ０ ，格 栅 膜 单 元 与碎 石 之
识 。桩 网支 承路 基结 构 的研究 内容 主要 涉及 路基 的
模 型 中 ，桩径 ｄ取 ０ ５ｒ；桩 帽 采 用 正 方形 ， ． ｎ 边 长为 以 ；桩 问距 为 ｓ ；格 栅 ２层 ，间距 ０ ４ｍ，２ ． 层 格栅距 碎石 垫层 上下 面各 ０ １ｍ；下 卧层底 端 固 ． 定 ，地基 外边 缘水 平位 移约 束 ，上表 面 自由 。根 据 铁路 地基 和路 基 的结构 对称性 ，取线路 纵 向通过 路 基 中心线 的平 面 、线路 横 向通 过 桩 间土形心 和桩 心 的平面 分别作 为对 称 面 ，建 立三 维模 型 。模 型深 度
计算 中 ，选 用 ３种 格 栅 ，其 抗 拉 强 度 分 别 取
２ ，６ Ｏ Ｏ和 ８ Ｎ ・ ０ｋ ｍ一 。对 于每 种格 栅 ，桩 间距 选 取 １５ ． ． ，２ ０和 ２ ５ ｒ ． ｎ ３种 ，桩 帽 边 长 选 取 ０ ５ ．，
１ ０和 １ ５Ｉ 种 。模 型 的其他计 算 参数见 表 ｌ ． ． Ｉ Ｔ３ 。 计算 过程 分成 ２步 ，第 １ 平衡地 基 和桩 的初 步 始地 应 力 ，第 ２步计 算 垫 层 、路 基 本 体 、基 床 底 层 、基床 表层 及轨 道列 车荷 载 （ 算 为土柱 ，土 柱 换 宽 ３ ４１，高 ２ ９ｍ，容 重 １ Ｎ ・Ｔ ）共 ５级 ． Ｉ Ｔ ． ９ｋ １ Ｉ 分 级加 载引起 的桩 网支承结 构 的受力 和变形 。
取 ２ ． ８ ２ｍ，宽 取 ３ ５ｍ，纵 向取 ０ ７ ～ １ ２ ． ５ ． ５ｍ。
荷 载传 递 、加筋 网垫 的受 力变 形 以及地 基沉 降变 形
等 。本 文通 过 ＡＢ Ａቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＵＳ有 限元软 件 建 立桩 网支 承
路 基结 构 的三 维模 型 ，对 其在 多种 工况 下 的工作 性 状 进行 数值 模拟 ，分 析桩 问距 、桩 帽尺 寸 、软土层 模 量 、下 卧层模 量和 格栅模 量 等关 键 参数 对 Ｇ Ｓ ＲＰ
第３卷 ， ３ １ 第 期
２０ １０年 ５月
文章 编 号 ：１０ ６ ２ （０ ０ ３０ ０—８ ０ １４ ３ ２ １ ）０ ０ １ ０
中 国 铁 道 科 学
ＣＨＩ ＮＡ ＲＡＩ ＡＹ ＩＷ ＳＣＩ ＥＮＣＥ
Ｖｏ ． ｌ Ｎｏ ３ １３ ．
Ｍａ ｙ， ２ １ ０ ０
间的接 触关 系采 用界 面约束 方 法 。桩 侧与 桩 间土之
间采用 面面 接触对 的接触关 系 ，算法 采用库 仑摩 擦
理论 ，桩 土 摩 擦 系数 取 ０３引。桩 底 与下 卧层 、 ．【
桩 顶与 垫层 、下 卧层 与桩 间土 、桩 间土 与网垫 、网 垫 与路 基本 体 、路 基本 体 与基床 底层 、基 床底层 与
增大 ，两桩帽Ｍ格栅竖 向变形近似呈悬索形状 ， 层格栅受 到的拉力约为下层 的 ０ ４ 。 ．倍
关 键 词 ：路 基 ；桩 网 支 承 路 基 ；桩 ；格 栅 ；力 学 性 能
中图 分 类 号 ：Ｕ２ ３ １ １． 文 献 标 识 码 ：Ａ
桩 网支承 路基具 有 工期 短 、沉 降小 、成 本相 对 较低 等特 点ｌ ，已在 客运 专线 中广泛 应用 （ 里 说 】 ７ 这 的桩 主要 为 混 凝 土 桩 、Ｃ Ｇ 桩 、搅 拌 桩 等 刚性 桩 Ｆ
桩 网支 承 路 基 力 学 性 能 数 值 分 析
蔡 德 钩 ，叶 阳升 ，闫宏 业 ，张 千 里 ，何 华 武。
（ ． 中 国铁 道 科 学 研 究 院 铁 道 建 筑 研 究 所 ，北 京 １０ ８ ； １ ００ １
２ ｆ ．ｒ 国铁道科 学研 究院 高速铁 路轨道技术国家 重点实验室 ，北京 ｌ
基 床表层 之 问 的接 触 采用 ｔ 连接 。 ｉ ｅ
或半 刚性 桩 或 带 桩 帽 桩 ，网 为 格 栅 等 土 工 合 成 材
料 ） 虽 然 国 内 外 学 者 对 桩 网 支 承 路 基 结 构 。
（ Ｐ ）进 行 了大 量研 究 ｌ ｊ ＧＲ Ｓ ２ ，但 仍 没 有 统 一 的 认
收 稿 Ｉ期 ：２ ０—３１ ；修 ｉ一 ： Ｉ ０ ９０ —２ ｄ日期 ： ２ ｌ １１ ｏｏＯ —１
摘
１ ０ ８ ；３ ０ ０ １ ．铁道部 ，北 京
１０４） ０ ８ ４
要 ：运 用 ＡＢ Ｑｕｓ有 限元 软 件 建 立桩 网史 承路 基 三 维模 型 ，分 析 桩 问 、桩 帽 尺 寸 、软 土 层 模 量 、 下 Ａ
卧 层 模 昔 和 格 栅 模 量 等 父 键 参 数 对 桩 网支 承 路 皋 沉 降 、桩 土 应 力 、垫 层 ： 应 力 、 加 筋 网 垫 承 担 的 应 力 、桩 土 方