新型寒区高速铁路路基保温强化层的抑制冻胀效果研究

针对当前寒区高速铁路路基保温防冻胀材料(EPS板、XPS板、PU板等)耐久性差及局部保温措施效果不佳的不足,提出一种掺加粉砂的粉煤灰-水泥基泡沫混凝土作为路基保温型高强材料,将其施作在高速铁路路基基床表层及两侧边坡之上,形成一种新型的寒区高铁全断面保温路基结构.首先,以掺量比例为试验变量,采用冻融耐久性试验、抗压试验、...     

季节性冻土区高速铁路新型防冻胀路基力学特性研究

着眼于季节性冻土区高铁路基防冻胀填料改良及路基保温措施,提出纤维泡沫混凝土作为基床表层填料或保温强化层材料的防冻胀路基结构形式。对纤维泡沫混凝土进行物理力学特性及抗冻融耐久性试验,在此基础上采用有限元仿真分析级配碎石基床、纤维泡沫混凝土基床、保温强化层基床3种路基结构的层间剪切应力、竖向应力、竖向位移等力学参数。结果表明:纤维泡沫混凝土具有良好的保温特性及冻融耐久性,其作为基床表层填料与级配碎石相比,路基结构力学参数均得到改善;其作为保温强化层材料可有效降低级配碎石基床表层剪切应力的最大值,提高路基结构整体稳定性。在一定程度上证明了纤维泡沫混凝土作为季节性冻土区高铁路基防冻胀材料的可行性。     

不同掺量的粉煤灰对泡沫混凝土性能的影响

研究了不同掺量粉煤灰对泡沫混凝土性能的影响,实验结果表明:在相同容重下,泡沫混凝土28 d抗压强度随着粉煤灰掺量的增加是呈上升趋势,粉煤灰掺量为30%时抗压强度最高,而且在设计容重越大的情况下强度受水灰比影响越小。而吸水率是随着粉煤灰掺量的增加而整体趋于下降,并且在设计容重为600 kg/m3,水胶比为0.42时,粉煤灰掺量为30%时,泡沫混凝土的吸水率最低。导热系数在粉煤灰掺量较小时,影响较小;当掺量为30%时,导热系数最小,仅为0.55 W/(m·K)。     

基于冻胀变形的基床表层疲劳寿命预测与分析

季节冻土区的铁路建设面临着路基冻胀问题,周期性的循环冻融作用将会加剧路基结构的破坏,从而缩短路基结构的使用寿命。根据基床表层冻胀变形结果,建立基于人工变形边界的应力计算模型,并引用半刚性基层材料疲劳寿命计算公式,分别计算不同水泥添加量下的基床表层的使用寿命。计算结果表明:基床表层的最大拉弯应力随着冻胀波长的不断增大和冻胀量的不断减小而呈现增大的趋势,水泥添加量为0、1%、3%、5%时,对应的基床表层冻胀变形所导致的基床表层最大拉弯应力分别为31.2、57.6、69.0、75.1 k Pa;随着水泥添加量的增加,基床表层的使用寿命不断提高,水泥添加量分别为1%、3%、5%时,基床表层的使用寿命相较于不添加水泥的情况分别增加了27%、36%、48%。     

季冻区高速铁路路桥过渡段稳定性试验研究

研究目的:对于路桥过渡段较多的高速铁路地段,控制路桥过渡段的沉降差是保证列车运行平顺性的重要因素,尤其是处于深季节冻土区的高速铁路路桥过渡段,其变形控制更加严格。本文以哈齐高铁某路桥过渡段为试验监测断面,基于现场地温、冻胀变形和沉降变形的试验数据,分析寒区高速铁路路桥过渡段的地温、基床表面的冻胀变形和基底的沉降变形,揭示寒区高速铁路路桥过渡段的地温与变形特征,从而评价路桥过渡段的稳定性状况。研究结论:(1)建设初期,采用掺3%水泥的级配碎石作为桥后回填料较粗粒土易吸热和放热;两者在相应深度处的温差随时间的推移逐渐减小并趋于0℃,最终桥后级配碎石与粗粒土达到新的热力平衡;(2)采用掺3%水泥的级配碎石作为路桥过渡段桥后回填材料,其基床表层与桥台间的最大变形差值为4.6 mm,满足规范要求;(3)级配碎石作为桥后回填材料,其基床表层的变形随时空的变化过程分为四个阶段:冻胀快速发展期、冻胀相对稳定期、冻胀抬升期和融化回落期;(4)级配碎石作为桥后回填材料,其冻结深度与基床表层的冻胀变形呈非线性关系,但路堤的最大冻结深度影响其基床表层的最大累积冻胀值;(5)路基阳坡的沉降量较阴坡大,离阴面坡脚越近,基底的沉降量和变形幅度越小;路基施工完成至铺轨前,基底沉降随时间的推移缓慢增大,但目前基底各测点沉降量均满足规范要求;(6)该研究成果可为今后季冻区类似工程设计、施工和维护提供参考。     

400km·h^-1高速铁路无砟轨道基床结构及关键参数研究

为掌握列车荷载作用下路基应力概率分布特征,进行基于我国高速铁路无砟轨道不平顺谱条件下的车辆-线路耦合动力学计算;以路基累积变形效应区不超过基床范围为原则,分析基床厚度与基床以下路基性质的相互关系;结合模型试验获得的填料累积变形状态阈值,基于强度、变形、应变控制准则,进行400km·h^-1行车条件下的无砟轨道基床结构及关键参数研究。结果表明:路基面承受的列车荷载随轨面平顺性呈明显的随机变化特征,动力影响系数服从正态分布,轨道极端不平顺引起的最大动力影响系数为2.146,平均轨道谱下的常遇动力影响系数为1.491;路基累积变形效应区范围随填料强度降低而扩大,基床厚度为2.7m时,由低塑性土填筑的基床以下路基K30应大于等于100MPa·m^-1;以调控累积变形处于快速收敛状态为目标,提出基床表层采用0.7~0.3m厚级配碎石进行强化处理,K30大于等于190 MPa·m^-1,底层选用A,B组填料,相应K30控制值为130~150MPa·m^-1。     

寒区客运专线有砟轨道路基冻害整治技术

收集东北地区气象和冻结深度数据,探讨沈阳铁路局管辖内冻害区域分布规律。对丹大、长珲和秦沈客运专线路基冻害情况进行调研,在重点区段展开冻胀监测试验,分析客运专线路基结构形式与冻害的相关性,分析冻害原因,提出具体整治方法。实践表明,基床表层冻害可采取护肩切槽或护肩下铺设无砂混凝土板的方法排出隔断层顶部基床表层积水;基床底层冻害可采取铺设XPS保温板提高路基体内部温度的方法,路堤地段基床底层也可采取跟管掏土将高含水率细粒土填料置换出来的方法进行整治,路堑地段基床底层冻害可采取增设或加深排水盲沟降低地下水的方法进行整治。     

采用乳化沥青混凝土整治粘土路基基床病害综述

采用乳化沥青混凝土作为路基基床病害整治措施中的封闭层使用时，它能充分利用乳化沥清混凝土的强度、整体性、柔韧性和抗变形的能力，减缓列车动荷载对路基基床的破坏作用，改善路基面的不均匀受力状况，确保路基基床土体的稳定性，达到整治病害的目的。     

轴重40 t重载铁路路基基床结构设计技术探讨

针对大轴重货运车辆轴距小的技术特点,分析重载铁路路基承受列车荷载的空间分布规律;基于列车荷载引起路基累积变形效应区沿深度的变化机制,讨论主要承受列车荷载的基床结构与路基填料之间的相互影响关系;根据工程设计的强度、变形、长期稳定性控制要求,探讨40 t超大轴重下基床结构的设计方法。研究表明:提出的“4Z1800/2400”四轴标准轴型荷载模式能较好反映超大轴重列车荷载的路基应力叠加效应;建立的路基累积变形效应不超过基床厚度的设计方法,综合考虑了荷载与填料多因素的影响,是对单因素应力比值法的完善。以累积变形处于缓慢收敛状态的长期稳定性为主控因素,提出轴重40 t重载铁路路基基床层状结构设计指标建议:基床厚度3.5 m,对应基床以下路基K30不低于110 MPa/m;基床表层采用级配碎石强化,厚度0.7 m,要求基床底层K30大于等于130 MPa/m。     

Ⅱ级粉煤灰掺量对混凝土放热性能和抗压强度影响的试验研究

通过室内试验研究C30和C60两种混凝土的热峰时间、温峰时间、热峰值和最大温升随Ⅱ级粉煤灰掺量的变化规律。结果表明:两种混凝土的温峰时间均随粉煤灰掺量增加而呈延迟趋势,最大温升均随粉煤灰掺量增加而呈降低趋势,粉煤灰对C30混凝土的温升降低效应要强于C60;粉煤灰掺量对混凝土的抗压强度尤其是早期强度有较大影响,在粉煤灰掺量40%时,混凝土的后期强度降低较小。此外,从理论上探讨了Ⅱ级粉煤灰对混凝土放热性能及强度的影响机理。     

C50大体积混凝土温度应力测试及抗裂性能研究

为研究不同配合比条件下高强度大体积混凝土浇筑早期内部的温度、应力变化以及提高早期抗裂性能的技术途径,采用温度应力传感器分别测试尺寸为6.5 m×2.0 m×4.5 m的粉煤灰掺量为15%以及粉煤灰和矿粉双掺总量为33%的C50大体积混凝土早期的温度及应力变化。研究结果表明:以上2种混凝土在3 d龄期时抗压强度均不低于设计值的80%,劈拉强度均大于2.6 MPa。混凝土内外最大温差出现在3~4 d之间,最大拉应力也出现在大约3~4 d之间,采用粉煤灰和矿渣双掺的混凝土,掺合料掺量占胶凝材料30%以上,能够有效降低混凝土早期内外温差且3 d抗拉强度并未显著降低,有利于提高混凝土的抗裂性。     

寒区高速铁路路堑段路基冻害原因及整治方案

以寒区一高速铁路工程为依托,介绍了路堑段路基冻害情况,通过分析发现路基填料中细颗粒超标,含水率高且无法正常疏排、地区气温较低且持续时间长是路堑段路基冻害发生的主要原因。提出了"上封+下排+保温"的冻害综合整治方案,采取了封闭两线间混凝土封闭层离缝、疏排基床表层入渗水、疏排路基本体中毛细水、施作深埋保温排水盲管等措施。整治后经历了一个完整低温季节,轨道检测车检测数据显示该区段路基冻害已消除。     

遂渝线路基上板式无碴轨道结构设计研究

研究目的:本研究主要为了确定遂渝线无碴轨道综合试验段路基(刚性路基、土路基)上铺设板式无碴轨道的轨道结构参数。研究方法:利用有限元模型,路基按刚性路基、土路基、设与不设混凝土层、轨道板与底座伸缩缝是否对齐等多种工况进行轨道结构各层及基床表层的受力特性分析。研究结果:对于板式轨道没有必要在底座下设置混凝土层。土路基上轨道板与底座伸缩缝错开设置对轨道结构受力较为有利。研究结论:在刚性路基和土路基上,板式轨道可不设置支承层。土路基上设计板式轨道时应尽量减少底座伸缩缝的设置,同时应使轨道板与底座伸缩缝错开布置。刚性路基上设计板式轨道时可根据工程需要来确定轨道板与底座伸缩缝是否对齐。土路基上,在相同条件下,基床表层厚度由400 mm增加到700 mm,各层应力变化很小。     

现代有轨电车嵌入式轨道路基联合优化分析

为建立更加经济合理的有轨电车嵌入式轨道路基共同受力模式,获得最佳参数组合,分别建立承轨槽有限元模型和弹性点支承轨道模型,通过数据拟合得到高分子填充材料与等效扣件刚度之间的关系,建立嵌入式轨道路基有限元模型,采用正交试验方法研究道床板厚度、高分子填充材料弹性模量、基床表层弹性模量、基床底层弹性模量、基床表层厚度、基床底层厚度这6种因素对嵌入式轨道路基一体化共同受力和变形分布规律的影响。研究结果表明:综合考虑嵌入式轨道路基设计的技术性指标和经济性指标、极差分析结果和路基基床动应力要求,确定最佳嵌入式轨道路基设计方案为道床板厚度0.18m,高分子材料弹性模量7 MPa,基床表层弹性模量140 MPa,基床底层弹性模量90 MPa,基床表层厚度0.3 m,基床底层厚度0.6 m。     

重载铁路路桥过渡段刚度试验及有限元分析

路桥过渡段是重载铁路运输的薄弱环节。结合朔黄铁路170号桥附近路桥过渡段特点,开展了轨道支撑刚度及路基K30现场测试,分析了刚度变化特点;结合路桥过渡段有限元模型,分析了扣件刚度、基床表层刚度、填料刚度对线路动力响应的影响。研究结果显示,170号桥西路基上下行线刚度达不到90MPa控制指标要求,桥西侧路基是加强的重点;为减小基床表层动位移和加速度,基床表层刚度应高于150MPa,填料刚度应高于150MPa。     

XPS保温板在高速铁路路基结构防冻胀措施中的应用

在严寒地区,引起高速铁路路基冻胀的因素主要为填料细颗粒含量、填料含水量及地温。为测试路基基床表层铺设XPS保温板的防冻胀效果,选取某客运专线DK115+373～DK115+603段为试验段,测试不同防冻胀措施(XPS保温板、基床表层毛细排水板)条件下路基温度场规律、含水量分布、防冻胀效果及冻胀变形特征。研究表明,路肩两侧冻结深度较路基中心大,受阳坡、阴坡影响也更为显著;路基横断面含水量分布随深度增加而增大,不同断面同一深度含水量变化不大; XPS保温板可有效阻止热量在路基垂直方向上的传导,从而减少路基最大冻深;且毛细排水板可防止基床表层水渗透至基床底层。     

高温养护下水泥改良风积沙抗压强度试验研究

研究目的:新疆和田至若羌铁路经过塔克拉玛干沙漠南缘,地表以风积沙为主,水泥改良风积沙是沙漠地区铁路路基基床填筑的关键技术。塔克拉玛干沙漠夏季地表温度最高可达70℃,水泥改良风积沙的力学性能和变形特性易受高温的影响,因此本文结合新疆塔克拉玛干沙漠的气候条件,开展水泥改良风积沙无侧限抗压强度试验,研究70℃高温养护条件下水泥掺量和压实系数对水泥改良风积沙的应力应变特征、无侧限抗压强度、峰值应变和刚度的影响。研究结论:(1)水泥改良风积沙的应力应变曲线近似正态分布,具有右偏态的特性;(2)高温养护条件下,压实系数为0.95时,水泥掺量为4%、5%、6%对应的水泥改良风积沙无侧限抗压强度分别为0.38 MPa、0.52 MPa和0.78 MPa,峰值应变分别为2.2%、2.4%和2.6%,刚度分别为10.4 MPa、16.2 MPa和22.8 MPa;(3)与标准养护条件相比,高温养护条件下水泥掺量为5%、压实系数为0.95的水泥改良风积沙的无侧限抗压强度和峰值应变分别降低了5.5%、22.7%,刚度增大了5.9%;(4)新疆和田至若羌铁路夏季施工时,考虑70℃高温养护条件,掺量5%的水泥改良风积沙能满足基床底层填料设计要求,避开高温施工环境条件,掺量4%的水泥改良风积沙能满足基床底层填料设计要求;(5)本研究成果可为风积沙铁路路基基床的设计、施工提供参考。     

高掺量粉煤灰对高性能混凝土体积稳定性及耐久性的影响

研究了粉煤灰在较高掺量时对混凝土收缩性能、抗碳化性能、抗氯离子渗透性能与抗冻性能的影响。试验发现:粉煤灰掺量在0～25%范围内,混凝土收缩随着粉煤灰掺量的增加而减少,但粉煤灰掺量超过20%后,收缩减少的幅度变小;当粉煤灰掺量高于30%时,混凝土的碳化速度迅速增加,抗碳化能力降低;掺加粉煤灰能大幅度降低混凝土的氯离子渗透性,且随着粉煤灰掺量的增大,混凝土的抗氯离子渗透性越高;从重量损失率的指标来看,粉煤灰掺量越大,其重量损失率越小,抗冻性能越好。     

水泥粉煤灰改良粗粒土路基填料力学与收缩特性

河北省西北地区特殊气候环境下，经上部荷载作用基床底层收缩变形产生的裂隙向上扩展使得路基表层产生裂缝。针对这一问题，本文以该地区路基改良粗粒土填料为研究对象，分析其力学特性与收缩特性，并提出新的抗裂评价指标，综合评价填料工程适用性。结果表明：掺入粉煤灰后水泥改良填料力学性能降低，但填料拉压比增大；水泥掺量越低填料抗干缩性能越好，掺入粉煤灰填料抗干缩性能进一步改善，但粉煤灰存在最佳掺量；填料最大温缩应变随温度的循环逐渐增加，第3次温度循环后趋于平稳，填料对温度变化敏感度降低；从能量角度提出综合抗裂系数，得出水泥粉煤灰改良填料综合抗裂性优于水泥改良填料。     

改良粗颗粒填料在寒区高速铁路路基中的应用研究

高速铁路路基填料选用传统意义上平均冻胀率η≤1%且级配良好的非冻胀填料,目前高速铁路路基在寒季产生的实际冻胀量已超过规范规定15 mm的要求。针对寒区高速铁路路基冻胀问题,从填料改良方面开展研究,针对路基产生冻胀的主要位置,选取级配碎石为对象,以水泥、石灰、粉煤灰作为掺和料进行改良。通过室内试验,分析加入无机材料后填料渗透性和冻胀性的变化,对比加入3种掺和料的填料冻胀率,选取一种改良效果最为理想的材料,作为寒区高速铁路路基改良材料。研究结果表明:水泥、石灰以及粉煤灰的加入大幅度减少了水分从路基表面向基床内部的渗透,其中粉煤灰吸水能力较强,因此产生了较大的冻胀量,不适宜作为改良材料;水泥改良填料冻结时水分迁移量减少,冻胀量最小,说明相对石灰和粉煤灰,水泥最适合加入到级配碎石中,减小路基冻胀量。