[发明专利]一种获取颗粒破碎条件下桩承式路基桩土应力比的方法

说明书

本发明提供了一种获取颗粒破碎条件下桩承式路基桩土应力比的方法，所述方法包括：确定颗粒破损指标B_r；根据所述颗粒破损指标B_r确定土体颗粒尺寸系数n_d；根据所述土体颗粒尺寸系数n确定土拱的拱高h_c和拱角α_h；根据土拱的所述拱高h_c和拱角α_h确定桩承路基的桩土应力比η。本发明的获取颗粒破碎条件下桩承式路基桩土应力比的方法能够确定颗粒破碎条件下桩承式路基桩‑土‑网的荷载分担情况，可用于准确的计算桩承式路基工后沉降，减小土拱损伤产生的路基病害，节约线路运营维护成本。

技术领域

本发明属于铁路轨道技术领域，特别涉及一种获取颗粒破碎条件下桩承式路基桩土应力比的方法。

背景技术

现役桩承式铁路路基在高路基荷载、列车动荷载以及气候环境所致干湿循环作用下，路基与地基衔接部位的路基填料和地基土颗粒容易产生崩解和破碎，强度降低，同时引起土拱力链形态和性状发生改变，造成桩承式路基中的土拱损伤，导致线路运营后路基工后沉降难以控制，轨道平顺度降低且运营期内土拱修复非常困难。因此，对路基桩土应力的准确计算对轨道的铺设起到至关重要的作用。

现有的桩承式路基桩土应力比确定方法主要有三种：一是采用现场全比例模型试验或室内缩尺模型试验的方法确定；二是采用有限元或离散元数值模拟的方法确定；三是采用解析解的方法确定。相比前两种方法，桩承式路基设计采用解析解的方法进行计算和设计更加简便。

但是，解析解方法是在假定桩承式路基中土拱形状的基础上，确定桩-土-网三者的荷载分担比例和应力分布。而现有的土拱形态主要针对均质土进行假设，没有涉及颗粒特征变化引起的拱形变异。桩承式路基在实际工作过程中，颗粒破碎往往导致粒径细化和粒组分布不均，引起土拱拱脚出现较大的接触力链密度变化角和拱高，桩间土分担的上部路基荷载增大，致使桩体和土工格栅受荷效率被动下降，桩承式路基加固失效风险显著增加。

现有的桩承式路基桩土应力比确定方法没有充分考虑颗粒破碎条件，对桩承式路基工后沉降计算的准确性较低，这对导致土拱损伤产生的路基病害，增加线路运营维护成本。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种获取颗粒破碎条件下桩承式路基桩土应力比的方法。

一种获取颗粒破碎条件下桩承式路基桩土应力比的方法，所述方法包括：

确定颗粒破损指标B_r；

根据所述颗粒破损指标B_r确定土体颗粒尺寸系数n_d；

根据所述土体颗粒尺寸系数n确定土拱的拱高h_c和拱角α_h；

根据土拱的所述拱高h_c和拱角α_h确定桩承路基的桩土应力比η。

进一步地根据以下参数确定所述颗粒破损指标：

当前颗粒级配曲线与初始颗粒级配曲线对应的面积差、极限颗粒级配曲线和初始颗粒级配曲线对应的面积差。

进一步地根据以下公式确定所述颗粒破损指标B_r：

式中：

F₀(D)为以颗粒质量表示的初始颗粒级配曲线；

F_c(D)为以颗粒质量表示的当前颗粒级配曲线；

F_u(D)为以颗粒质量表示的极限颗粒级配曲线；