铁路路基翻浆冒泥的机理及影响因素

为研究铁路路基翻浆冒泥的发生机理, 进行了大量调查, 总结了目前铁路2种较易发生翻浆冒泥的路基模型; 建立了循环列车荷载作用下土中振动孔压增长与消散规律的控制微分方程, 计算了土中孔压比的增长规律, 判断其是否会液化而引发翻浆冒泥; 分析了普铁和高铁列车运行速度、列车轴质量、土的固结系数、固结应力比和围压对翻浆冒泥的影响。分析结果表明: 路基在列车荷载和水的持续共同作用下, 土中孔压比随列车荷载振次的增加而迅速增大, 但是其增长速度处于持续减小的状态, 最终趋于稳定; 土中孔压比随深度的增加呈先增大后减小的变化形式, 且其最大值通常在距土层表面0.6 m处; 列车运行速度越大, 土中孔压比增长越快, 越容易发生翻浆冒泥, 当速度为200 km·h-1时, 普铁路基土发生翻浆冒泥所需振次为高铁路基的19%;列车轴质量越大, 土中孔压比增长越快, 当轴质量为18 t时, 普铁路基土液化所需振次为高铁的24%;增大土的固结系数能降低孔压比的增速, 路基土达到液化所需振次就越多, 从而越难发生翻浆冒泥; 等压固结时路基土比偏压时更容易发生液化而形成翻浆冒泥; 增大围压能够降低孔压比的增速, 路基土也就更难发生液化, 发生翻浆冒泥的可能性就越小; 普铁路基发生翻浆冒泥的可能性比高铁线路中更高。      

路基静态土压力与温度的关系研究

对长春-双辽高速公路K37 km处换填山皮石断面与K42 km处石灰土处置断面的土压力与温度监测结果进行分析,利用OriginPro8.0软件分析路基不同埋置深度处静态土压力随温度的变化规律.研究结果表明:随着温度的降低,路基静态土压力呈现先增后减的趋势,在K37 km处静态土压力随温度的平均变化率为1.64;而K42 km处静态土压力随温度的平均变化率为0.60.对比两处断面的监测结果可知,在静态土压力方面,换填山皮石断面比石灰处置土断面对温度的敏感性更高.     

水位抬升对高铁路基动力响应与长期沉降的影响

基于Biot理论，建立了轨道-路基-多层饱和土地基耦合系统的2.5维有限元分析模型，提出了考虑实际列车循环荷载作用的路基累积沉降计算方法，分析了水位抬升、列车速度和列车轴重对路基动力响应与长期沉降的影响。研究结果表明：水位抬升对土体振动强度的放大作用并不是局限在水位变化的深度范围内，而是会导致整个路基和地基断面的振动增大，并且这种全断面式的振动放大效应随着列车速度的提高而增强；水位抬升至路基内部时，路基内部会出现显著的超静孔压，最大值达到27.52 kPa,导致有效应力大幅下降，路基内土单元的应力路径向破坏线靠近；当水位仅在地基内抬升时，路基在列车循环荷载作用下的累积变形较小，线路沉降主要来自于地基，当水位抬升至路基内部时，路基累积变形随加载次数的增加发展迅速，100万次加载后变形为19.54 mm,远超容许值，说明路基防水对于线路的长期累积沉降控制具有关键作用；路基和地基的累积变形受列车速度和列车轴重的影响，随着列车轴重的增加而显著增大，并且轴重的增加对路基累积变形的影响相较于地基更强烈，在设计时需要格外关注。     

重力式支挡结构动土压力试验

为了探讨支挡结构墙背动土压力的大小及其分布,进行了足尺模型试验.通过对重力式路肩墙、重力式路堤墙和衡重式挡墙3种墙型的测试,得到了不同加载幅值、不同加载距离情况下挡墙墙背的动土压力,并与现行计算方法的结果进行了比较.结果表明,动土压力随加载幅值和加载距离增大近似成线性关系增大;按库伦理论计算的动土压力大于试验测试值.     

列车速度对无碴轨道路基动力特性的影响

为了分析列车速度对无碴轨道路基动力影响,采用层状体系理论,结合有限元方法,建立无碴轨道路基层状有限元模型,考虑了列车荷载的不同速度对基床表层振动加速度、竖向动位移、动应力及其横向分布等路基动力特性的影响,研究了无碴轨道路基荷载作用下的力学行为。结果表明:列车速度对基床表层加速度的影响较大,竖向加速度随荷载速度的提高而增大;列车速度对基床表层动位移影响较小,速度每提高20 km.h-1,其值变化不大于0.05 mm;路基表层动应力随列车速度的提高呈现一定的波动趋势。计算结果与实测结果相似,证明了该模型的正确性。     

重载铁路水泥改良膨胀土工程特性与路用性能

为了探究重载铁路水泥改良膨胀土路基填料的工程特性及路用性能，采用室内动三轴试验、微观结构试验、路基原位动力试验相结合的方法，揭示了膨胀土掺入水泥3%～5%改良前后静态指标与动态指标的变化特征，分析了水泥掺量5%和3%改良膨胀土分别用作重载铁路基床底层及以下路堤填料建设期的工作性能，评估了服役期列车动载作用下路基的动力稳定性. 研究结果表明:膨胀土掺入3%～5%水泥改良后，强度提高同时胀缩性显著降低，水稳定性提高3～4倍；相比重塑素膨胀土，水泥掺量3%～5%改良膨胀土临界动应力提高5～6倍；检测路基压密程度与强度指标满足规范且有较大富裕，监测路基中线地基沉降在铺轨前处于稳定状态；原位动力测试表明列车动载作用下路基的动应力沿深度逐渐衰减，在基床表层与基床底层范围内最大衰减量分别可达40%和80%以上，动应力影响深度是基床设计厚度的1.4～1.8倍，动应力影响深度范围内路基的动应力值远小于同位置填料的临界动应力，运营期路基动力稳定性满足安全服役要求. 研究成果能够为重载铁路水泥改良膨胀土路基精细化建设养修提供理论参考.      

不同变位模式黏土非极限被动土压力试验研究

为了揭示墙体平动和转动模式下黏土非极限被动土压力分布规律,采用自制模型箱,进行了墙体平动和转动模式下黏土非极限土压力试验,研究了墙体变位模式以及墙体位移大小对侧土压力的影响规律细化方法,首先进行了室内试验,得到了黏土的基本物理参数,其次进行了模型箱和测试仪器的固定安装,最后进行了挡土墙平移模式（T模式）、绕墙顶转动模式（RT模式）以及绕墙底转动模式（RB模式）3种模式下的土压力试验. 试验结果表明:T模式下,非极限侧土压力沿墙体深度的增加总体趋势增大,局部会有减小趋势,总体接近线性分布,当土体达到极限破坏时,靠近加载墙体处土体表面形成阶梯状错层;RT模式下,侧土压力随墙体的深度总体接近凹曲线分布,上部侧土压力随深度增加较慢,下部侧土压力随深度增加较快,当土体达到极限破坏时,靠近加载墙体处土体表面产生裂纹,模型箱中部土体表面鼓起;RB模式下,侧土压力随墙体的深度的增加先增大后减小,总体接近凸曲线分布,当土体达到极限破坏时,靠近加载墙体处土体表面形成阶梯状错层,其阶梯状错层范围要小于平动模式工况;三者非极限侧土压力合力随着压缩位移的增大而增大,当压缩位移相同时,RT模式下土压力合力与T模式下土压力合力比值在0.53～0.97之间,RB模式下土压力合力与T模式下土压力合力比值在0.65～0.83之间. 结论中是否有可以量化的数据,参考附件模板修改.      

列车荷载作用下地基动力及沉降特性分析

为分析列车荷载作用下的地基动力及沉降特性,建立了轨道-路堤-地基在列车荷载作用下的动力耦合分析数值模型,考虑列车速度、路堤高度和基床刚度的影响,研究了列车荷载作用下的地基动应力分布及地表沉降特性,并对不同地基加固形式的加固效果进行了探讨。研究结果表明:列车荷载作用下地基动应力沿水平方向和地基深度迅速减小;地基竖向动应力和地基沉降随列车速度的增大而增大,随路堤高度和基床刚度的增大而减小,路堤高度不宜小于2 m;地基沉降随加固深度和加固区刚度增大而减小,列车速度越高,影响越明显,最佳地基加固深度为3 m。     

列车荷载下的桩网结构低路基土拱效应

运用ABAQUS软件建立了桩网结构低路基动力有限元模型,通过计算结果与实测结果的对比验证了模型的可靠性,并分析了列车荷载下路基中动应力分布、桩土应力比与等沉面高度变化特征。分析结果表明:采用模型计算的路基不同深度处动应力与实测结果最大差值为0.56kPa,动位移的最大差值为7μm,计算和实测的平均动应力和动位移沿路基深度的传递趋势相同,因此,有限元模型可靠;在动荷载作用下,路基中存在土拱效应,土拱高度约为1.6m,与静荷载作用下土拱高度近似,路基表面的应力变化率比路基基底大;路基中动应力的分布受到土拱效应的影响,表现为传递到桩间土上方土体的动应力部分转移至桩顶上方,且在路基垫层附近动应力转移现象最明显;在动荷载作用后,路基中心处桩顶与两桩间的桩土应力比减小,而桩顶与四桩间的桩土应力比增大,桩顶与两桩间的桩土应力比始终大于桩顶与四桩间的桩土应力比;距离路基中心1m处纵断面等沉面高度为1.55m,布置桩体的纵断面等沉面高度大于未布置桩体的纵断面等沉面高度,且沿路基中心到路肩,同类纵断面的等沉面高度逐渐降低,动荷载作用后,路基中心处等沉面高度增大。     

不同压实工艺在道路填石路基中的应用效果分析

本研究以阳城路为研究对象，分析不同压实方案下，路基的有效压实深度、路表沉降等参数的变化规律，得出路基的最优压实方案，并将该方案应用于实际工程中，以验证其可行性，得出以下结论：当压路机的行驶速度较大时，增大激荡力对路基压实效果有提升效果，而压路机行驶速度较小时，增大激荡力对路基的提升效果不明显，反而会减小其有效压实深度。压路机的相关参数与其行驶速度对路基的压实效果有一定的影响，其中，压路机的振动频率对路基的压实效果影响最大。随着压实次数的增大，路基的回弹模量逐渐增大，说明增大压实次数可提升路基的压实效果；26t压路机压实后的路基回弹模量显著大于22t压路机，说明提高振动轮的质量能显著提升路基的压实效果。在实际工程中，将工况14作为压实方案的可行性较高。     

基于三维数值模拟的铁路路基动力特性分析

为探讨列车轴重和运行速度对土质路基动力特性的影响,用ANSYS与FLAC3D软件对有砟轨道-路基系统进行了三维动力数值模拟,在模拟过程中,利用滞后阻尼实现了土体在循环动荷载下的非线性特性.用该方法对达成线循环加载试验段的路基进行建模计算,所得路基动应力与现场实测数据有很好的一致性.在荷载振动频率与客车运行速度的转换过程中,取相邻车厢两个转向架的间距为相邻两个动应力波峰之间的距离,在此基础上,探讨了客车运行速度对土质路基动力性质的影响.研究表明:列车轴重和运行速度对路基表面动应力影响较大,随着轴重的增加和速度的提高,路基表面动应力呈马鞍形分布的趋势愈加明显;动应力沿路基深度的衰减规律受车速的影响很小,不同车速下的动应力在基床表层内都衰减了42%~46%,再经过基床底层的扩散,衰减值达79%~82%.      

拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响

为探讨结构拟静力分量对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,考虑路基和桥梁地震力边界条件,分别采用相对运动法和大质量法,在相对坐标系和绝对坐标系下处理地震力边界条件,建立了不同坐标系下的列车-轨道-桥梁系统地震响应分析模型.以跨度48 m+580 m+48 m的刚构-连续组合梁桥为例,分析了结构单向和三向拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响.结果表明:结构横向拟静力分量将显著增大桥梁横向位移、钢轨横向位移、列车脱轨系数和轮重减载率,而纵向、竖向拟静力分量的影响甚微;同时考虑结构的三向拟静力分量时,列车脱轨系数和轮重减载率均显著增大,且其相对误差随列车速度提高而增大,最大达30.5%和22.2%.因此,不考虑结构拟静力分量在列车速度较高时将严重低估车辆的动力响应,对桥上列车的行车安全性造成误判.      

车辆动载下路基土竖向动应力及扩散规律

推导了车辆动载作用下路基土中竖向动应力的求解方法,提出用速度系数来表征车辆动载下路基顶面产生的竖向动应力与车辆运行速度的关系,并模拟试验确定了速度系数的取值为0.105.原位监测试验表明:车辆动载在路基顶面产生的竖向动应力值约为0 ～16 kPa,大小与车辆载重及运行速度等因素有关.计算分析了5种类型车辆动载下路基土中...     

深埋式桩板结构桥-隧过渡段动力响应特征分析

为了解深埋式桩板结构桥-隧过渡段的动力特性及过渡性能,在沪昆高铁某工点过渡区（含隧道口、过渡段及桥台）开展现场动力响应测试,分析不同车型、车速及行车方向等工况下过渡区的动力响应分布规律;并建立考虑车辆-轨道-路基耦合振动数值模型,研究过渡区的线路平顺性及桩板结构过渡段的动应力分布. 研究结果表明:不同车型列车激励下,过渡区振动加速度及动位移有效值的最大值分别为0.85 m/s2、0.034 mm,过渡段的振动水平要比隧道及桥台的更低;过渡段动力响应有效值随车速增大而增大,其增幅比隧道与桥台的更小;行车方向对过渡段与桥台连接区域的动力响应影响较大,对其他断面影响微弱;列车以300 km/h车速经过该过渡区时,过渡区钢轨挠度最大变化率约为0.149 mm/m,车体竖向加速度最大值为0.74 m/s2;桩板结构的存在能够将列车荷载传递至深部地基,使浅层地基土体承受的动力作用降低.      

水平往复大位移作用下整体桥台后土压力计算方法

为研究强震和温度作用下，整体桥台产生的水平往复大位移对桥台与台后填土相互作用的影响，进行了整体桥台-H形钢桩-土相互作用拟静力试验，并基于试验结果研究了大位移作用下整体桥台后土压力的分布规律；根据台后土压力分布，提出了台后土压力合力作用点位置与加载位移之间的关系式，并在现有研究的基础上给出了改进的整体桥台后土压力计算方法。研究结果表明:正向加载(桥台挤压台后土)时，台后各处土压力随加载位移的增加先增大后减小；台背处和台后20%桥台高度处土压力受桥台位移的影响更大，沿深度方向呈梯形分布；台背处土压力分布中，由于台底H形钢桩的约束，最大土压力位于入土深度0.875 m处，台底位置的土压力则略有减小；台后60%桥台高度和1.4倍桥台高度处土压力受桥台位移影响较小，沿深度方向呈三角形分布；负向加载(桥台背离台后土)时，台后土压力沿深度方向呈三角形分布，且台后各处土压力与加载位移不相关，其值相对于正向加载时可忽略；水平往复大位移作用下，整体桥台后土会产生脱空现象，脱空范围超过桥台高度的37.5%；台后土压力沿纵桥向呈指数型衰减，且相比小位移作用下衰减得更快；台后土压力合力作用点位置随加载位移的增大而逐渐降低，且台后土压力系数与加载位移具有明显的非线性关系，呈现先增大后减小的规律；现有土压力计算方法未考虑桥台位移的影响或认为台后土压力在桥台发生小位移时随桥台位移的增大而增大，发生大位移时则基本不变；提出的土压力拟合公式的判定系数为0.92，计算值与试验值的相对误差为6.2%，可作为现有土压力计算方法的有益补充。      

地下结构抗震分析中基床系数取值试验研究

在对地下结构进行抗震分析时,基床系数的准确性直接决定了反应位移法的计算精度. 针对基床系数相关研究的不足,提出了一种拟静力试验法,自主研发了大型拟静力模型箱,围绕砂土场地开展了有无轴压两组试验;在此基础上,提出了基床系数沿深度修正法,并进行了算例验证. 结果表明:水平基床系数随推覆水平的增大而减小,随土层深度的增大而增大;附加应力对基床系数取值存在较大影响;采用修正基床系数可显著提高反应位移法的计算精度,较规范中基床系数静力有限元法,地下结构弯矩误差最大可由16.7%降低至9.1%,顶底板相对位移的计算误差可由35.0%降低至18.8%,验证了该新型室内基床系数测试方法的可行性及基床系数沿深度修正法的合理性.      

高速铁路软土路基有控注浆技术现场试验研究

为有效控制软土路基注浆对高速铁路轨面变形的影响,提出有控注浆的总体原则及其施工控制方法.依托长三角地区某运营高速铁路软土复合路基注浆抬升的现场试验,监测轨面变形、孔隙水压力和土体侧向位移,分析不同注浆施工控制措施对注浆抬升效果的影响;模拟分析在不同列车速度下轨面变形对列车运行安全的影响,以此为依据提出注浆引起轨面变形限值.研究结果表明:采用合理的注浆参数、层位和时间间隔和路基两侧交错注浆的控制措施,可控制轨面变形;列车运行速度越快,轨面变形越大,脱轨系数、轴重减载率和轮轴横向力也越大,列车速度大于200 km/h时,轨面整体变形与差异变形不得大于15 mm,列车速度达到300 km/h时,轨面差异变形应小于10 mm.      

无碴轨道动力学理论及应用

根据车辆-轨道耦合动力学理论，建立了列车与路基上无碴轨道空间耦合动力学模型．模型中将钢轨视为弹性点支承基础上的Bernoulli-Euler梁，将轨道板及混凝土底座视为弹性基础上的弹性薄板．推导了路基上无碴轨道的运动方程．用上述模型及方程分析了遂渝线无碴轨道综合试验段路基上板式轨道及过渡段的动力学性能．结果表明，快速客车、重载以及普通货车通过路基上板式轨道时，轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、以及CA砂浆和路基面动应力等动力学指标均小于许用值．该无碴（板式和双块式）轨道与有碴轨道过渡段在客运列车作用下钢轨挠度变化率均小于许用值（0．300mm／m），在货物列车作用下略大于许用值．