路基动力响应及深挖路堑边坡稳定性分析

路基动力响应及

深挖路堑边坡稳定性分析

浙江工业大学硕士论文2013年5月25日论文介绍绪论深挖路堑边坡稳定性分析高速铁路路基动力响应分析结论与展望第一章绪论

研究目的和意义随着我国经济建设的快速发展，使得铁路运输量快速增大，快度运送能力的要求越来越高，导致高速铁路建设中很多边坡稳定性和列车振动下的路基动力响应问题日益突出，寻求经济、合理的研究方法来解决高速铁路建设中的边坡稳定性和路基动力响应问题迫在眉睫。

第一章绪论

研究背景和现状1.

深路堑边坡稳定性分析现状①20世纪初期至50年代，边坡稳定性评价归于土力学研究范畴，在刚体极限平衡的基础上建立边坡稳定性的计算，边坡设计的依据是用工程类比法确定的边坡角值，这一研究阶段被称为定性研究阶段。②60年代至70年代，边坡稳定性研究理论和方法取得了非常大的发展。一是，在刚体极限平衡理论的基础上，采用数学分析法或图解法进行分析，然后，求出安全系数或类似安全系数，一次概念来进行定量评价（如块体理论、结构分析法等）；一是，利用边界元法或离散元法、有限元法分析方法来计算边坡内部的应力状态和变形特征。③80年代，边坡稳定性研究的理论和方法逐步走向成熟，可运用计算机定量或半定量的来模拟边坡开挖的过程到变形破坏的全过程。第一章绪论

2.铁路路基动力响应研究现状

铁路路基的动力响应分析是采用理论分析计算和现场实测试验两种手段来进行研究的，研究主要包括应力场问题分析、应变场问题分析、加速度场问题分析、频率特性研究和动力学方面的问题分析计算等几方面。铁路路基的设计方面、使用方面和养护维修方面的问题受铁路路基的动力响应大小和分布的影响，其也会对铁路路基的疲劳强度、累积变形特性及路基动力稳定性产生影响。为了减小铁路路基的危害性、提高铁路路基的动力稳定性研究铁路路基的动力响应问题是其重要技术保证。对于铁路路基的动本构模型和数值仿真分析两方面研究是高速铁路路基动力响应特性理论研究的重点。现在由于计算机技术的不断发展和计算方法的进步，在高速铁路路基动力响应问题研究中数值仿真分析方法得到了普遍的应用和发展。为了很好的模拟在列车荷载作用下高速铁路路基动力响应问题，并与实际相吻合，就必须去完善动力本构模型及其合理的选择、动荷载的模拟及其加载、边界条件的处理、计算参数等方面。

第一章绪论本文的研究内容随着我国交通工程建设，尤其是高速铁路建设快速的发展，在山区和丘陵地形地区进行大规模的铁路工程建设，会遇到大量的深挖方边坡工程问题，同时，对于高速铁路路基工程还存在路基的动力方面的问题。因此，深挖方边坡工程和高速铁路路基动力性能是基础建设工程中重要关键问题，也是重要的岩土工程问题。基于高速铁路路基建设中可能存在的问题，采用强度折减法对深挖方路堑边坡问题进行分析，也对现在比较关心的高速列车行驶路基动力性能进行研究，提出了一些有建设性意见。主要研究内容有：（1）分析深挖路堑路基边坡工程模型及其参数确定，建立深挖路堑路基边坡的数值分析方法，以研究深挖路堑路基边坡的数值描述；（2）利用MIDAS/GTS建立高速铁路路基三维动力模型，来研究路基动力特性，以及在列车动力荷载作用下的路基动力响应。（3）通过模拟定性和定量的分析深挖路堑路基边坡和高速铁路路基动力特性，为以后设计和工程实际提供指导。第一章绪论技术路线第二章深挖路堑边坡稳定性分析

边坡稳定性分析是将剪切应力及剪切强度来研究分析计算边坡的稳定性问题。一般推荐使用下列对于边坡稳定分析的计算方法：基于边坡极限平衡理论的一种整体分析法和条分分析法。基于边坡强度理论的一种极限分析法。基于边坡弹性理论的一种有限元分析法。

MIDAS/GTS的边坡分析方法是利用有限元法的一种强度折减法。对于有限元分析法来分析边坡稳定的方法有两类，第一类是利用其强度折减法来直接去计算，第二类是将计算的边坡应力值和极限平衡法联合起来确定安全系数。其中，强度折减法是一种逐渐减小边坡的剪切强度（c，φ）一直计算到不收敛为止，不收敛的计算阶段看做破坏，这一计算阶段出现的最大强度折减率就是边坡的最小安全系数。第二章深挖路堑边坡稳定性分析强度折减法边坡最小安全系数计算

认为边坡土体的弹性模量E及其泊松比v是一个定值，粘聚力c及其内摩擦角φ按下面提出的计算进行减小，直到边坡计算分析达到发散停止，将此时发散状态下的安全系数F，取为最小安全系数。边坡剪切破坏时的，边坡达到破坏状态时的安全系数F的计算公式：

且，τ：边坡所能承受的剪切强度。τ的值可利用莫尔-库仑准则按下面的计算公式进行。

是边坡破坏的滑动面上剪切应力，可按下面计算公式进行。且，：边坡剪切强度的因子；：边坡剪切强度的因子；SRF：边坡强度折减的系数。为了得到边坡的最小安全系数，需要将τf

不断的试着去逼近，是按一个比较小的增长幅度不断的去增加，但是这样就会时计算时间增加。第二章深挖路堑边坡稳定性分析研究的工程背景以京哈铁路哈尔滨路段为工程背景，通过数值模拟的方法，针对存在软弱夹层地段进行数值仿真分析，研究了深挖路堑路段边坡稳定问题。边坡土体物理力学性质第二二章章深深挖挖路路堑堑边边坡坡稳稳定定性性分分析析模型型的的建建立立由于于深深挖挖路路堑堑两两侧侧边边坡坡是是对对称称的的，，因因此此，，我我们们选选取取左左侧侧边边坡坡为为研研究究对对象象进进行行分分析析。。含软软弱弱夹夹层层深深挖挖路路堑堑左左侧侧边边坡坡示示意意图图第二二章章深深挖挖路路堑堑边边坡坡稳稳定定性性分分析析荷载载的的加加载载方方式式含软软弱弱夹夹层层深深挖挖路路堑堑左左侧侧边边坡坡受受本本身身重重力力荷荷载载的的作作用用。。网格格划划分分利用用四四边边形形网网格格进进行行边边坡坡网网格格自自动动划划分分。。边坡坡网网格格划划分分示示意意图图第二二章章深深挖挖路路堑堑边边坡坡稳稳定定性性分分析析含软软弱弱夹夹层层深深挖挖路路堑堑边边坡坡的的作作用用力力分分析析深挖挖路路基基边边坡坡两两侧侧受受力力情情况况。。我我们们可可以以发发现现，，深深挖挖路路基基边边坡坡两两侧侧受受力力随随着着深深度度的的增增加加作作用用力力增增强强，，说说明明随随着着深深度度的的增增加加边边坡坡土土体体自自重重应应力力增增强强，，因因而而，，作作用用力力增增强强。。第二二章章深深挖挖路路堑堑边边坡坡稳稳定定性性分分析析深挖挖路路基基边边坡坡底底面面受受力力情情况况。。我我们们可可以以发发现现，，深深挖挖路路基基底底面面受受力力从从右右向向左左所所受受的的作作用用力力不不断断增增强强，，这这是是由由于于右右侧侧土土体体已已经经被被开开挖挖，，自自重重应应力力减减小小，，也也就就对对底底面面的的作作用用力力减减小小。。第二二章章深深挖挖路路堑堑边边坡坡稳稳定定性性分分析析含软软弱弱夹夹层层深深挖挖路路堑堑边边坡坡的的整整体体位位移移分分析析深挖挖方方路路堑堑边边坡坡的的整整体体破破坏坏形形态态。。我我们们可可以以看看出出，，整整个个边边坡坡沿沿着着软软弱弱夹夹层层进进行行破破坏坏，，土土体体整整体体下下滑滑，，沿沿软软弱弱夹夹层层滑滑出出原原来来的的边边坡坡断断面面。。软软弱弱夹夹层层最最上上面面和和最最下下面面的的土土体体位位移移是是比比较较大大的的，，软软弱弱夹夹层层坡坡面面中中间间部部位位位位移移相相对对比比较较小小。。第二二章章深深挖挖路路堑堑边边坡坡稳稳定定性性分分析析含软软弱弱夹夹层层深深挖挖路路堑堑边边坡坡的的应应变变分分析析深挖挖方方路路堑堑边边坡坡体体应应变变变变化化形形态态。。我我们们可可以以看看出出，，在在边边坡坡顶顶面面软软弱弱夹夹层层右右侧侧的的部部位位体体应应变变变变化化时时比比较较小小。。第二二章章深深挖挖路路堑堑边边坡坡稳稳定定性性分分析析含软软弱弱夹夹层层深深挖挖路路堑堑边边坡坡的的应应力力分分析析深挖挖方方路路堑堑边边坡坡坡坡体体应应力力变变化化形形态态。。我我们们可可以以看看出出，，随随着着深深度度的的增增加加，，应应力力是是不不断断增增加加的的。。但但沿沿着着软软弱弱滑滑动动面面处处应应力力最最大大。。由于于用用GTS分析析的的深深挖挖方方路路堑堑边边坡坡稳稳定定分分析析时时使使用用了了强强度度折折减减法法，，所所以为为了了更更有有效效得得模模拟拟了了边边坡坡破破坏坏形形态态。。第三三章章高高速速铁铁路路路路基基动动力力响响应应分分析析以京京哈哈铁铁路路哈哈尔尔滨滨路路段段为为工工程程背背景景，，通通过过数数值值模模拟拟的的方方法法，，研研究究高高速速铁铁路路路路基基动动力力响响特特性性。。高高速速列列车车振振动动荷荷载载的的作作用用，，会会加加速速列列车车和和线线路路系系统统的的动动力力反反应应，，铁铁路路路路基基动动力力学学问问题题研研究究现现在在成成为为路路基基工工程程的的重重要要研研究究内内容容和和重重要要的的研研究究方方向向。。对对于于铁铁路路路路基基这这一一复复杂杂的的结结构构，，根根据据其其在在高高速速列列车车行行驶驶过过程程中中的的工工作作性性状状，，建建立立一一个个合合理理的的路路基基—轨道道系系统统结结构构的的动动力力计计算算模模型型来来进进行行动动力力响响应应研研究究，，了了解解其其动动力力特特性性，，对对于于指指导导高高速速铁铁路路路路基基研研究究具具有有重重要要意意义义，，因因此此，，建建立立一一个个合合理理的的分分析析模模型型进进行行数数值值仿仿真真分分析析是是至至关关重重要要的的。。第三三章章高高速速铁铁路路路路基基动动力力响响应应分分析析高速速铁铁路路路路基基模模型型尺尺寸寸路基基横横断断面面图图路基基土土体体采采用用实实体体单单元元模型型长长50m，高高46.13m，路路基基高高6.31m，地地基基场场地地高高40m，其其中中道道床床0.87m，压压密密路路基基1.75m，上上部部路路基基2.4m，下下部部路路基基1.11m；路路基基边边坡坡1:1.5。第三三章章路路基基结结构构三三维维动动力力有有限限元元模模型型建建立立有限限元元网网格格划划分分第三三章章路路基基结结构构三三维维动动力力有有限限元元模模型型建建立立有限限元元边边界界条条件件第三三章章路路基基结结构构三三维维动动力力有有限限元元模模型型建建立立路基基模模型型计计算算单单元元的的选选取取在有有限限元元模模型型分分析析时时，，道道床床、、路路基基及及地地基基各各层层采采用用实实体体单单元元描描述述，，各各层层间间以以共共用用节节点点的的形形式式连连接接。。三三维维实实体体结结构构单单元元通通过过8个节点点来定定义，，每个个节点点有3个沿着着x,y,z方向的的自由由度。。利用用八节节点构构成的的三维维实体体单元元用于于模拟拟实体体结构构。MIDAS/GTS中的单单元采采用等等参数数理论论建立立单元元平衡衡方程程。在在MIDAS/GTS中对三三维实实体单单元没没有定定义单单元坐坐标系系，而而是使使用整整体坐坐标系系，即即实体体单元元仅具具有沿沿着整整体坐坐标系系X、Y、Z方向的的平移移自由由度。。第三章章路路基结结构三三维动动力有有限元元模型型建立立进行高高速铁铁路路路基三三维有有限元元分析析时，，应选选择一一段路路基进进行有有限元元模型型的建建立。。边界界距列列车荷荷载作作用模模型边边界30m范围认认为已已消除除边界界条件件的影影响；；激振振力作作用下下轨道道的振振动，，无影影响的的范围围是超超出10跨扣件件范围围。同同时对对计算算时间间的考考虑，，计算算精度度可以以保证证的前前提下下，我我们选选取了了路基基长度度50m进行计计算。。模型型两横横断面面采用用z向位移移约束束，左左右两两地基基纵断断面采采用x向位移移约束束，地地基底底面采采用全全约束束。路路基单单元采采用三三维实实体单单元，，单元元数目目84420个。土土体的的本构构采用用莫尔尔—库仑模模型。。高速铁铁路动动力有有限元元计算算，考考虑了了列车车单向向行驶驶时土土体的的弹性性和塑塑性情情况下下变形形特性性和应应力特特性。。考虑虑高速速列车车荷载载的时时速为为180公里产产生的的应力力场和和变形形场，，将列列车荷荷载划划分为为90个荷载载步进进行施施加，，分析析的时时间步步长0.005s。荷载载是京京哈铁铁路哈哈尔滨滨段现现场实实测的的试验验数据据，以以此作作为荷荷载进进行加加载。。第三章章路路基结结构三三维动动力有有限元元模型型建立立路基模模型计计算参参数的的选取取路基结结构动动力计计算参参数材料名称厚度弹性模量泊松比容重阻尼比0号道床0.87230000000.18250.251号压密路基1.7529298.320.319.110.252号上部路基2.438641.850.3218.8160.253号下部路基1.1106721.10.3518.620.254号粉质粘土343310.480.317.640.255号粉质粘土317205.720.3417.640.256号粉质粘土747422.050.317.640.257号粉质粘土3090181.20.2917.640.25第三章章路路基结结构三三维动动力有有限元元模型型建立立进行高高速铁铁路路路基三三维有有限元元分析析时，，应选选择一一段路路基进进行有有限元元模型型的建建立。。边界界距列列车荷荷载作作用模模型边边界30m范围认认为已已消除除边界界条件件的影影响；；激振振力作作用下下轨道道的振振动，，无影影响的的范围围是超超出10跨扣件件范围围。同同时对对计算算时间间的考考虑，，计算算精度度可以以保证证的前前提下下，我我们选选取了了路基基长度度50m进行计计算。。模型型两横横断面面采用用z向位移移约束束，左左右两两地基基纵断断面采采用x向位移移约束束，地地基底底面采采用全全约束束。路路基单单元采采用三三维实实体单单元，，单元元数目目84420个。土土体的的本构构采用用莫尔尔—库仑模模型。。高速铁铁路动动力有有限元元计算算，考考虑了了列车车单向向行驶驶时土土体的的弹性性和塑塑性情情况下下变形形特性性和应应力特特性。。考虑虑高速速列车车荷载载的时时速为为180公里产产生的的应力力场和和变形形场，，将列列车荷荷载划划分为为90个荷载载步进进行施施加，，分析析的时时间步步长0.005s。荷载载是京京哈铁铁路哈哈尔滨滨段现现场实实测的的试验验数据据，以以此作作为荷荷载进进行加加载。。第三章章路路基结结构三三维动动力有有限元元模型型建立立列车移移动荷荷载作作用下下路基基力时时程分分析力时程程曲线线随深深度的的变化化规律律中间断断面沿沿路基基深度度在路路基右右侧坡坡面选选取道道床底底面、、压密密路基基底面面、上上部路路基底底面、、下部部路基基底面面四个个位置置处的的Fx、Fy、Fz三个方方向力力的时时程曲曲线图图。第四章章路路基结结构三三维动动力有有限元元分析析（1）Fx方向力力时程程随深深度的的变化化规律律路基土土Fx方向的的力时时程曲曲线随随着路路基深深度的的增加加，去去除道道床底底面力力时程程曲线线，Fx方向动动力反反应逐逐渐增增强的的，随随着传传播深深度的的增加加呈增增强趋趋势。。其中中，每每一个个力的的时程程曲线线的变变化规规律都都是先先负向向减小小，再再逐渐渐正向向增加加，在在正向向区有有三次次波动动，存存在三三个正正峰值值点，，最后后回到到原点点，一一个负负向峰峰值三三个正正向峰峰值。。但是是，只只有道道床底底面点点规律律不一一致，，而是是先正正向增增加，，再负负向减减小，，再正正向增增加，，再负负向减减小，，再增增加回回到原原点，，沿x=1.108呈反方方向对对称。。第四章章路路基结结构三三维动动力有有限元元分析析（2）Fy方向力力时程程随深深度的的变化化规律律随着路路基深深度的的增加加对Fy方向力力时程程曲线线影响响越来来越小小的，，Fy方向动动力反反应逐逐渐减减弱，，随着着传播播深度度的增增加呈呈衰减减趋势势。其其中，，每一一力的的时程程曲线线变化化规律律都是是先正正向增增加，，再逐逐渐减减小到到负向向，再再增加加波动动两次次，最最后回回到原原点。。都是是存在在三次次波动动，正正向波波动一一次，，负向向波动动两次次，只只有压压密路路基是是在正正向波波动两两次，，在负负向波波动一一次，，但波波动规规律是是一致致的。。但是是，道道床底底面点点规律律是不不一致致，而而是先先正向向增加加，再再负向向减小小，再再正向向增加加，再再负向向减小小，再再增加加回到到原点点，沿沿x=1.108呈反方方向对对称。。第四章章路路基结结构三三维动动力有有限元元分析析（3）Fz方向力力时程程随深深度的的变化化规律律随着路路基深深度的的增加加对Fz方向力力时程程曲线线影响响越来来越小小，动动力反反应逐逐渐减减弱，，随着着传播播深度度的增增加呈呈衰减减趋势势。变变化规规律都都是先先正向向增加加，再再逐渐渐减小小到负负向，，再负负向增增加波波动两两次，，最后后回到到原点点，在在正向向波动动一次次，在在负向向波动动两次次，压压密路路基和和上部部路基基曲线线趋势势基本本是一一致的的。其其中，，下部部路基基力时时程曲曲线是是先负负向增增加，，在正正向增增加，，再负负向减减小，，最后后回到到原点点，就就是负负向波波动一一次，，正向向波动动一次次，再再负向向波动动一次次，但但波动动幅度度高于于压密密路基基和上上部路路基。。但是是，道道床底底面点点规律律不一一致，，而是是先正正向增增加，，再负负向减减小，，再正正向增增加，，再负负向减减小，，再横横坐标标有一一个小小波动动后，，回到到原点点，基基本是是正弦弦波的的形式式。第四章章路路基结结构三三维动动力有有限元元分析析我们可可以发发现，，道床床底面面的力力时程程波动动曲线线的响响应明明显大大于下下面三三层压压密路路基底底面、、上部部路基基底面面、下下部路路基底底面力力的时时程曲曲线。。并且且，沿沿Fx、Fy、Fz三个方方向力力的时时程曲曲线的的变化化也是是基本本一致致的，，只是是波动动的幅幅值不不同。。第四章章路路基结结构三三维动动力有有限元元分析析列车行行驶过过程路路基力力时程程曲线线的变变化规规律列车驶驶进、、行驶驶、驶驶出过过程路路基三三个位位置处处的Fx、Fy、Fz三个方方向力力的时时程曲曲线图图。Fx方向力力时程程随深深度的的变化化规律律路基行行驶侧侧，驶驶进、、行驶驶、驶驶出三三个位位置力力时程程曲线线变化化规律律基本本一致致，只只是依依次曲曲线向向右侧侧移动动了，，但都都表现现为双双峰值值现象象，并并且曲曲线波波动幅幅度越越来越越小了了，这这说明明随着着列车车的行行驶对对路基基的影影响越越来越越小。。第四章章路路基结结构三三维动动力有有限元元分析析2.Fy方向力力时程程随深深度的的变化化规律律路基行行驶侧侧，驶驶进、、行驶驶、驶驶出三三个位位置力力时程程曲线线变化化规律律基本本一致致，只只是依依次曲曲线向向右侧侧移动动了，，但都都表现现为双双峰值值现象象，并并且曲曲线波波动幅幅度越越来越越小了了，这这说明明随着着列车车的行行驶对对路基基的影影响越越来越越小。。第四章路路基结结构三维维动力有有限元分分析3.Fz方向力时时程随深深度的变变化规律律我们可以以发现，，列车驶驶进、行行驶、驶驶出过程程路基三三个位置置处的Fx、Fy、Fz三个方向向力的时时程曲线线变化规规律基本本是一致致的，都都是在正正向双峰峰现象，，但三个个方向变变化幅度度不同，，从小到到大依次次是Fx、Fz、Fy方向。路基行驶驶侧，驶驶进、行行驶、驶驶出三个个位置力力时程曲曲线变化化，驶入入位置力力时程曲曲线呈马马鞍形，，行驶位位置力时时程曲线线波动三三次，驶驶出位置置波动两两次，只只是依次次曲线向向右侧移移动了，，但曲线线波动幅幅度从大大到小依依次为行行驶处、、驶出处处、驶进进处。。第四章路路基结结构三维维动力有有限元分分析列车移动动荷载作作用下路路基应力力时程分分析以下为中中间断面面沿路基基深度在在路基右右侧坡面面选取道道床底面面、压密密路基底底面、上上部路基基底面、、下部路路基底面面四个位位置处的的XX、YY、ZZ、XY、YZ、XZ六个方向向应力的的时程曲曲线图。。第四章路路基结结构三维维动力有有限元分分析随着路基基深度的的增加对对XX方向应力力时程曲曲线影响响越来越越小，动动力反应应逐渐减减弱，随随着传播播深度的的增加呈呈衰减趋趋势。变变化规律律都是先先正向增增加一个个小波动动，再逐逐渐减小小到负向向幅度比比较大，，在负向向最低点点有一个个小波动动，然后后再负向向逐渐增增加一个个小波动动，最后后回到原原点，压压密路基基、上部部路基和和下部路路基应力力时程曲曲线趋势势基本是是一致的的。其中中，道床床底面应应力时程程曲线的的变化规规律与其其他下部部路基应应力时程程曲线规规律基本本是一致致的，就就是波动动的幅度度是比较较大。应力时程程曲线随随深度的的变化规规律（1）XX方向应力力时程随随深度的的变化规规律第四章路路基结结构三维维动力有有限元分分析（2）YY方向应力力时程随随深度的的变化规规律随着路基基深度的的增加对对YY方向应力力时程曲曲线影响响越来越越小，动动力反应应逐渐减减弱，随随着传播播深度的的增加呈呈衰减趋趋势。道道床底面面和下部部路基底底面对比比分析，，应力时时程曲线线变化规规律在负负向呈下下马鞍型型，负向向最低点点有一个个小波动动，最后后回到原原点，对对于存在在阶梯型型路基断断面的道道床底面面和下部部路基两两个部位位，应力力时程曲曲线变化化规律是是一样的的，就是是比较深深的下部部路基底底面位置置列车行行驶对路路基动力力响应明明显较小小了，我我们从图图中明显显可以看看出，下下部路基基应力时时程曲线线在道床床底面应应力时程程曲线上上面。压压密路基基底面和和上部路路基底面面对比分分析，应应力时程程曲线变变化规律律在正向向呈上马马鞍型，，正向最最低点有有一个小小波动，，最后回回到原点点，对于于在路基基坡面位位置的压压密路基基底面和和上部路路基底面面两个部部位，应应力时程程曲线变变化规律律是一样样的，就就是比较较深的下下上部路路基底面面位置列列车行驶驶对路基基动力响响应明显显较小了了，我们们从图中中明显可可以看出出，上部部路基底底面应力力时程曲曲线在压压密路基基底面应应力时程程曲线的的上面。。第四章路路基结结构三维维动力有有限元分分析（3）ZZ方向应力力时程随随深度的的变化规规律道床底面面和下部部路基底底面比较较、压密密路基和和上部路路基比较较，我们们可以看看出，路路基深度度的增加加ZZ方向应力力时程曲曲线影响响变小，，动力反反应减弱弱，深度度的增加加呈衰减减趋势，，但应力力时程曲曲线变化化规律并并不一致致。第四章路路基结结构三维维动力有有限元分分析（4）XY方向应力力时程随随深度的的变化规规律随着路基基深度的的增加XY方向应力力时程曲曲线影响响越来越越小，动动力反应应减弱，，深度的的增加呈呈衰减趋趋势。但但应力时时程曲线线变化规规律并不不一致。。第四章路路基结结构三维维动力有有限元分分析（5）YZ方向应力力时程随随深度的的变化规规律随着路基基深度的的增加YZ方向应力力时程曲曲线影响响越来越越小，动动力反应应减弱，，深度的的增加呈呈衰减趋趋势。除除了道床床底面位位置外，，应力时时程曲线线变化规规律基本本是一致致的，只只是下部部路基底底面变化化幅度比比较大。。第四章路路基结结构三维维动力有有限元分分析（6）XZ方向应力力时程随随深度的的变化规规律随着路基基深度的的增加XZ方向应力力时程曲曲线影响响越来越越大，动动力反应应增强，，深度的的增加呈呈递增趋趋势，除除了道床床底面位位置外，，应力时时程曲线线变化规规律基本本是一致致的，但但幅度很很小，基基本可以以认为是是重合的的。但对对于道床床底面应应力时程程曲线变变化规律律是下马马鞍后上上马鞍，，回到原原点。第四章路路基结结构三维维动力有有限元分分析列车行驶驶过程路路基力时时程曲线线的变化化规律（1）XX、YY、XY方向应力力时程曲曲线的变变化规律律驶入、行行驶中、、驶出三三种情况况的应力力时程曲曲线线性性基本是是一样的的，但驶驶入、行行驶中、、驶出三三种情况况力时程程幅度基基本差不不多，只只是曲线线依次向向右移动动了一段段距离。。XX、YY、XY方向应力力曲线变变化规律律基本是是完全一一致的，，只是变变化幅度度不同，，依次从从大到小小为XX方向、XY方向、YY方向，具具有很好好的规律律性。同同时，XX、YY、XY三方向应应力时程程曲线沿沿行驶方方向变化化规律也也是一样样的。第四章路路基结结构三维维动力有有限元分分析（2）ZZ、XZ方向应力力时程曲曲线的变变化规律律驶入、行行驶中、、驶出三三种情况况的应力力时程曲曲线线性性基本是是一样的的，只是是曲线依依次向右右移动了了一段距距离，变变化幅度度从大到到小依次次为行驶驶中、驶驶出、驶驶入处。。ZZ、XZ方向应力力曲线变变化规律律基本是是完全一一致的，，只是变变化幅度度不同，，依次从从大到小小为ZZ、XZ方向，具具有很好好的规律律性。同同时，XX、YY、XY三方向应应力时程程曲线沿沿行驶方方向变化化规律也也是一样样。第四章路路基结结构三维维动力有有限元分分析（3）YZ方向应力力时程曲曲线的变变化规律律驶入、行行驶中、、驶出三三种情况况的应力力时程曲曲线线性性基本是是一样的的，只是是曲线依依次向右右移动了了一段距距离，变变化幅度度从大到到小依次次为行驶驶中、驶驶入、驶驶出处。。同时，，YZ方向应力力时程曲曲线沿行行驶方向向变化规规律也是是一样。。第四章结结论与与展望结论一、深挖挖路堑边边坡稳定定性分析析（1）深挖路路基边坡坡两侧受受力情况况，我们们可以发发现深挖挖路基边边坡两侧侧受力随随着深度度的增加加作用力力增强，，说明随随着深度度的增加加边坡土土体自重重应力增增强，因因而，作作用力增增强。深深挖路基基底面受受力从右右向左所所受的作作用力不不断增强强，这是是由于右右侧土体体已经被被开挖，，自重应应力减小小，也就就对底面面的作用用力减小小。（2）深挖方方路堑边边坡的整整体破坏坏形态，，我们可可以看出出整个边边坡沿着着软弱夹夹层进行行破坏，，土体整整体下滑滑，沿软软弱夹层层滑出原原来的边边坡断面面。软弱弱夹层最最上面和和最下面面的土体体位移是是比较大大的，软软弱夹层层坡面中中间部位位位移相相对比较较小。（3）深挖方方路堑边边坡体应应变变化化形态，，我们可可以看出出在边坡坡顶面软软弱夹层层右侧的的部位体体应变变变化时比比较小。。（4）深挖方方路堑边边坡坡体体应力变变化形态态，我们们可以看看出随着着深度的的增加，，应力是是不断增增加的。。但沿着着软弱滑滑动面处处应力最最大。第四章结结论与与展望二、高速速铁路路路基三维维动力有有限元分分析1、列车移移动荷载载作用下下路基力力时程分分析（1）力时程程曲线随随深度的的变化规规律道床底面面的力时时程波动动曲线的的响应明明显大于于下面三三层压密密路基底底面、上上部路基基底面、、下部路路基底面面力的时时程曲线线。并且且，沿Fx、Fy、Fz三个方向向力的时时程曲线线的变化化也是基基本一致致的，只只是波动动的幅值值不同。。①路基土土Fx方向的力力时程曲曲线随着着路基深深度的增增加，去去除道床床底面力力时程曲曲线，Fx方向动力力反应逐逐渐增强强的，随随着传播播深度的的增加呈呈增强趋趋势。其其中，每每一个力力的时程程曲线的的变化规规律都是是先负向向减小，，再逐渐渐正向增增加，在在正向区区有三次次波动，，存在三三个正峰峰值点，，最后回回到原点点，一个个负向峰峰值三个个正向峰峰值。②②随着路路基深度度的增加加对Fy方向力时时程曲线线影响越越来越小小的，Fy方向动力力反应逐逐渐减弱弱，随着着传播深深度的增增加呈衰衰减趋势势。其中中，每一一力的时时程曲线线变化规规律都是是先正向向增加，，再逐渐渐减小到到负向，，再增加加波动两两次，最最后回到到原点。。③随着着路基深深度的增增加对Fz方向力时时程曲线线影响越越来越小小，动力力反应逐逐渐减弱弱，随着着传播深深度的增增加呈衰衰减趋势势。变化化规律都都是先正正向增加加，再逐逐渐减小小到负向向，再负负向增加加波动两两次，最最后回到到原点，，在正向向波动一一次，在在负向波波动两次次，压密密路基和和上部路路基曲线线趋势基基本是一一致的。。第四章结结论与与展望（2）列车行行驶过程程路基力力时程曲曲线的变变化规律律列车驶进进、行驶驶、驶出出过程路路基三个个位置处处的Fx、Fy、Fz三个方向向力的时时程曲线线变化规规律基本本是一致致的，都都是在正正向双峰峰现象，，但三个个方向变变化幅度度不同，，从小到到大依次次是Fx、Fz、Fy方向。①Fx、Fy方向力时时程。路路基行驶驶侧，驶驶进、行行驶、驶驶出三个个位置力力时程曲曲线变化化规律基基本一致致，只是是依次曲曲线向右右侧移动动了，但但都表现现为双峰峰值现象象，并且且曲线波波动幅度度越来越越小了，，这说明明随着列列车的行行驶对路路基的影影响越来来越小。。②Fz方向力时时程。路路基行驶驶侧，驶驶进、行行驶、驶驶出三个个位置力力时程曲曲线变化化，驶入入位置力力时程曲曲线呈马马鞍形，，行驶位位置力时时程曲线线波动三三次，驶驶出位置置波动两两次，只只是依次次曲线向向右侧移移动了，，但曲线线波动幅幅度从大大到小依依次为行行驶处、、驶出处处、驶进进处。第四章结结论与与展望2、列车移移动荷载载作用下下路基应应力时程程分析道床底面面、压密密路基底底面、上上部路基基底面、、下部路路基底面面四个位位置处的的XX、YY、ZZ、XY、YZ、XZ六个方向向应力的的时程曲曲线图变变化规律律基本是是一致，，有很好好的相似似性。（1）应力力时程曲曲线随深深度的变变化规律律①XX方向应力力时程。。随着路路基深度度的增加加对XX方向应力力时程曲曲线影响响越来越越小，动动力反应应逐渐减减弱，随随着传播播深度的的增加呈呈衰减趋趋势。变变化规律律都是先先正向增增加一个个小波动动，再逐逐渐减小小到负向向幅度比比较大，，在负向向最低点点有一个个小波动动，然后后再负向向逐渐增增加一个个小波动动，最后后回到原原点，压压密路基基、上部部路基和和下部路路基应力力时程曲曲线趋势势基本是是一致的的。②YY方向应力力时程。。随着路路基深度度的增加加对YY方向应力力时程曲曲线影响响越来越越小，动动力反应应逐渐减减弱，随随着传播播深度的的增加呈呈衰减趋趋势。道道床底面面和下部部路基底底面对比比分析，，应力时时程曲线线变化规规律在负负向呈下下马鞍型型，负向向最低点点有一个个小波动动，最后后回到原原点，对对于存在在阶梯型型路基断断面的道道床底面面和下部部路基两两个部位位，应力力时程曲曲线变化化规律是是一样的的，就是是比较深深的下部部路基底底面位置置列车行行驶对路路基动力力响应明明显较小小了，下下部路基基应力时时程曲线线在道床床底面应应力时程程曲线上上面。第四章结结论与与展望③ZZ方向应力力时程。。道床底底面和下下部路基基底面比比较、压压密路基基和上部部路基比比较，我我们可以以看出，，路