不均匀沉降对无砟轨道路基动力特性的影响

为探讨不均匀沉降对高速铁路无砟轨道路基动力特性的影响,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道-路基系统的三维动力有限元模型,计算并对比分析有病害和无病害条件下路基的竖向动应力、动位移及振动加速度在空间上的分布规律,结果表明路基不均匀沉降导致无砟轨道路基的动力响应幅值及其空间分布规律发生明显的改变,且主要集中在支承层宽度范围、路基面以下0~1.5m深度内。由不均匀沉降引起路基动应力幅值可达100kPa,为无病害路基的3倍以上,动加速度幅值为无病害路基的2倍以上,在列车循环荷载作用下沉降区域将加速扩大,对路基产生非常不利的影响。     

路基膨胀诱发无砟轨道上拱的试验及数值计算分析

为探明高速铁路路基膨胀机理及其诱发的钢轨上拱响应规律,对出现上拱病害的工点进行现场分层变形监测,并利用新型粗粒土膨胀仪开展室内试验探究该工点路基泥岩膨胀率与含水率间的相关关系,最终结合DEM-FDM耦合的数值模拟手段,系统分析泥岩路基不同膨胀率下双块式无砟轨道的钢轨上拱位移及轴向应力分布规律.现场分层变形监测结果显示路基层具有一定膨胀潜势,路基泥岩膨胀变形引起了钢轨的上拱位移;室内试验表明取样工点路基泥岩在现场含水率下的膨胀率达到5.455％,路基泥岩膨胀率与含水率间遵循Logistic函数关系;数值模拟计算结果表明钢轨上拱量与泥岩路基膨胀率间服从Logistic分布,钢轨轴向应力改变量与泥岩路基膨胀率服从Nelder分布.     

高速铁路无砟轨道陡坡路基桩板墙侧向位移的影响分析

针对陡坡地段路肩式桩板墙侧向位移对高速铁路无砟轨道路基沉降的影响。采用有限元数值分析并结合现场实测,以某高速铁路无砟轨道陡坡地段路肩式桩板墙工点为原型,通过逐步释放墙顶侧向位移,分析墙背土压力的变化规律;研究由此产生的路基面附加沉降大小及分布形态;建立特征部位处附加沉降与墙顶侧向位移的函数关系。研究结果表明:墙背土压力沿墙背呈先增加后减小的分布形态,最大值出现在墙顶以下6~7 m之间,现场工况条件下墙后土体已进入主动状态;墙顶侧向位移引起的路基面附加沉降沿路基横断面近似呈三角形分布,其影响范围约为17.2 m;墙顶侧向位移与路基面附加沉降基本呈线性关系;现场工点墙顶侧向位移s与近墙钢轨轨下路基面沉降e的解析关系为e=0.4s,工后墙体侧向位移引起的路基面附加沉降仅为工后沉降规范允许值的13%。     

隧道内支承块空吊对钢轨竖向位移影响

为研究隧道内列车荷载下弹性支承块空吊对钢轨竖向位移的影响,基于银洞坡和定水坝隧道现场实测数据,建立考虑支承块空吊的力学模型,分析连续1~3块支承块空吊情况下钢轨竖向位移的超限情况。实测和研究结果表明:隧道内实测的空吊位置和量值具有不确定性特征,空吊现象引起的钢轨竖向位移有超过安全指标的情况;单块支承块空吊值在10 mm以下,钢轨竖向位移不出现超限情况,当连续2块或连续3块支承块空吊量大于3 mm时,钢轨竖向位移出现超限情况,对于隧道内复杂的支承块空吊病害,建议控制空吊量在3 mm以内,同时应尽量避免连续空吊情况。     

斜向水泥土桩加固路基室内模型试验研究

通过室内模型试验研究斜向水泥土桩加固技术的工作机理是一种比较有效的方法,在国内尚无先例。此次模型试验设计,主要考虑在线路荷载作用下路基本体的沉降变形相似和桩体材料的刚度相似两个方面出发,共设计了8组模型试验,通过模型试验研究了路基顶面沉降变化规律、路基边坡位移变形规律、路基土体内部竖向应力分布规律及水泥土桩体受力变形特征,得到了一系列有价值的结论。     

路基膨胀引起轨道上拱响应特征研究

通过对高铁无砟轨道的钢轨上拱问题进行数值模拟,研究3种工况(基床底层、泥岩地基、基床底层+泥岩地基)不同膨胀率变形情况下,钢轨产生的上拱位移以及膨胀应力响应规律。研究结果表明:对应3种工况下膨胀率为0.15%,0.06%和0.04%时的钢轨上拱量接近高铁轨道可调节的临界值,并发现由路基结构膨胀引起的钢轨上拱病害的空间分布仅与路基结构层发生的膨胀范围有关,而与膨胀变形的程度与发生膨胀变形的结构层位无关。进一步分析发现,由于钢轨与轨道板之间的牢固连接,在路基膨胀段与非膨胀段的共同作用下钢轨上拱拱顶与拱脚处分别表现为全截面受拉与全截面受压的应力状态,同时3种工况下当膨胀率小于0.5%时,各结构层的膨胀率与钢轨的上拱位移以及轴向主拉应力均呈现良好的线性关系。     

大准铁路路基病害调查及沉降变形分析

针对大准(大同—准格尔)铁路的路基病害进行了初步调查,并选取K36+486段路基为研究对象,应用数值模拟方法对大准铁路路基沉降变形的规律和发生机理进行了分析。结果表明:大准铁路路基的主要病害为翻浆冒泥和路基沉降变形;路基在列车荷载下出现不均匀沉降,沉降量沿路基中心向两侧逐渐减小;路肩出现了隆起变形,这可能是引起路肩开裂的原因。研究结果对相似路基病害的规律和发生机理提供了参考及借鉴。     

新建隧道下穿施工引起既有铁路轨道变形的理论计算模型

新建隧道下穿施工将引起上覆既有铁路轨道产生不平顺，导致列车振动加剧，进而降低旅客乘车舒适性。为此，提出新建隧道下穿施工引起铁路钢轨变形的理论计算模型。首先，采用高斯分布公式预测新建隧道施工引起铁路路基顶面沉降；然后，将轨道视为无拉力弹性地基上的梁，推导路基沉降引起轨道挠曲变形计算式。通过与室内模型试验结果和现场监测数据比较，对提出的理论模型进行验证。探讨铁路线路与新建隧道间的水平夹角、钢轨抗弯刚度、路基顶面沉降槽宽度系数对钢轨挠曲变形的影响规律。该计算条件下，当路基沉降槽宽度系数小于2 m,新建隧道垂直下穿施工将导致上方有砟铁路轨枕产生局部空吊现象；增大钢轨抗弯刚度，可以减小钢轨挠曲变形幅值；增大铁路线路与隧道之间水平夹角，可以减小钢轨挠曲变形波长；增大路基沉降槽宽度系数，轨道挠曲变形幅值逐渐减小，并且波长逐渐增大。     

路桥过渡段基床填料膨胀诱发无砟轨道上拱规律研究

无砟轨道路基膨胀诱发钢轨上拱是高铁建设运营面临的常见病害之一,路桥过渡段是路基膨胀病害的高发路段,为研究高铁路桥过渡段路基膨胀后钢轨上拱分布及路基结构变形规律。以一处典型过渡段路基膨胀工点为例,通过现场监测和室内试验判别轨道上拱情况及路基膨胀层位,并通过数值模拟计算研究路基基床膨胀对过渡段路基结构的影响规律。研究结果表明:水流下渗与基床填料中的蒙脱石作用是导致填料发生膨胀的主要诱因;桥梁对路基膨胀引起的钢轨上拱具有明显的阻隔效应,临近桥台侧钢轨上拱变化范围明显小于远离桥台侧;路桥过渡段基床填料膨胀率为0.08%时,钢轨上拱量达到无砟轨道钢轨上拱可调节临界值4 mm;临近桥台侧钢轨轴向应力峰值远大于远离桥台侧。     

青藏铁路察尔汗盐湖路基盐溶病害研究

研究目的:青藏铁路是进入藏区的唯一铁路,但在盐湖地区,路基极易受盐溶作用的影响,并出现路基下沉、开裂、塌陷等病害。本文结合区域降水及工程活动特征分析,通过调查及勘察阐明影响路基稳定性主要因素,为区域路基病害防治提供依据。研究结论:(1)在干旱气候条件下直接填筑在盐岩层上的铁路路基是稳定的,但随着高原气候暖湿化过程使湖水水位上升,低矿化度湖水向盐湖路基渗流和漫溢,盐岩填筑的路基受湖水溶蚀导致路基强度降低、沉降量加大;(2)钾肥的过度开采导致的盐岩层晶间卤水水位的急剧下降以及盐析生产中大量低矿化度卤水的排放,造成以氯盐为主的盐岩表层自溶性加快,盐岩晶体结构间及与粉黏粒、砂粒间的胶结被溶蚀加速,导致铁路盐湖路基经常发生溶蚀溶洞及沉降等病害;(3)建议对易发生溶蚀溶洞和下沉地段,如路基两侧有土护道,则需对路基本体及两侧土护道一定宽度范围注黏土浆,并在土护道外侧设阻水板;如路基两侧无土护道,需对路基本体及两侧原地面体注浆后铺设黏土层,再填筑土护道;(4)本研究成果可为类似条件下工程的规划与设计提供参考。     

太原南站站场路基沉降病害检测及整治技术

介绍太原南站大西站场路基沉降范围及病害特征,采用地质雷达和轻型动力触探对病害区段的路基密实状况及承载力特征进行探测,探测结果发现20号股道路肩及道心存在不同程度异常,表现为地层不密实导致下沉;20号股道所在地层基本承载力明显偏低。结合病害发育特征和探测结果,推断路基沉降的主要原因是地表水进入线路内导致路基土层软化,在列车动荷载作用下土体承载能力进一步降低。针对这些问题采用钢花管微型桩结合压注早强抗冻硫铝酸盐水泥浆的方式,在低温环境下对沉降地层进行加固,并对整治前后线路平顺性进行监测。数据表明,施工后路基沉降病害得到有效控制,整治方案可行,可为类似工程提供借鉴。     

降雨入渗下铁路路基含水率分布及影响分析

研究目的:为深入分析降雨入渗诱发铁路路基病害的内在机制,采用非饱和渗流数值计算理论,考虑基床填料回弹模量和累积塑性应变的含水率敏感性,建立二维有限元分析模型,研究不同降雨强度下路基降雨入渗深度、饱和区、含水率、回弹模量和累积塑性应变的变化及分布规律。研究结论:(1)降雨入渗条件下水分在基床表层内迁移,难以透入基床底层;(2)降雨入渗导致基床表层平均竖向回弹模量值降低,基床底层平均竖向回弹模量值影响较小;(3)当日降雨量增长到25 mm时,基床表层和基床底层交界面出现水分富集,易软化而引发基床局部塌陷、不均匀沉降和层间接触面剪切破坏等路基病害;(4)通过研究得出基床表层裂缝渗水区域和基床底层底部是路基排水及养护维修重点;(5)本文成果可为铁路路基防排水设计和养护维修决策提供参考。     

高速铁路箱式路基沉降限值研究

为了解决低墩桥梁造价高,传统路基填料耗费多、占地面积大等难题,提出新型“箱式路基”结构。然而在高速铁路运营过程中地基不可避免会发生不均匀沉降,影响箱式路基服役性能和列车的安全运行。为确定新型箱式路基结构的沉降限值,从轨道结构受力变形和列车走行性2方面研究了地基沉降对箱式路基静、动力学特性的影响。考虑有砟和无砟2种轨道形式,根据箱式路基结构特点确定了错台、折角、对折和横向错位4种沉降类型;通过建立轨道-箱式路基非线性有限元模型,分析了不同沉降类型和沉降幅值下的扣件竖向力和10 m弦长矢度值;建立列车-轨道-箱式路基耦合动力学模型,采用联合仿真方法分析了不同沉降类型、不同沉降幅值和不同行车速度下的列车动力响应;综合静力、动力计算结果并结合规范得出了箱式路基沉降限值。研究结果表明,对于有砟轨道-箱式路基结构,除350 km/h错台沉降工况下的沉降限值由动力指标中的轮重减载率控制外,其他工况下的沉降限值均由静力指标中的10 m弦长矢度值控制;对于无砟轨道-箱式路基结构,其沉降限值不受动力指标控制,错台、横向错位沉降限值由扣件竖向力控制,折角、对折沉降限值由10 m弦长矢度值控制。有砟轨道-箱式...     

堆载对路基变形特征的影响分析

基于非线形有限元方法,根据工程案例对局部堆载作用下路基的变形与稳定性进行了分析。计算得到了各施工阶段路基体内最大侧向位移的位置变化情况,并分析了局部堆载的不同作用位置对路基竖向沉降、侧向位移、稳定性的影响,为局部堆载的合理使用提供参考。     

湖区公路拓宽工程处治技术应用分析及监测

结合某湖区公路拓宽工程,通过对路基拓宽工程病害的成因分析,认为新老路基结合部间的不协调变形是路基拓宽工程病害产生的根本原因.基于"变形协调与控制"的处治思想,分析了土工格栅防止路基不均匀沉降的机理,对土工格栅的处治效果进行评价.在具有典型地质条件和较高填方地段布置了监测断面,进行动态监测.监测结果显示,加筋路堤内部的竖向应力随格栅层间距的减小而降低,而水平应力却随之增加;沉降随格栅层间距的减小而减小.研究结果表明,土工格栅处治后拓宽路基变形及新老路基差异变形均很小,为新老路基差异沉降的评价提供了依据.     

新建铁路软土路基沉降规律研究

研究目的:软土路基由于压缩性高,渗透性低,固结变形持续时间长,所以其沉降规律研究就成为工程设计中的主要问题。为研究软土路基在某一段周期时间内的沉降变形规律,本文对新建胶新铁路软土路基进行2年的详细监测,以此分析软土路基的沉降变形规律。研究结论:路堤土体剖面上差异沉降变形在横向上表现出明显的不均匀性;通车前,路堤不均匀沉降程度随着路堤压缩量的加大而增大;通车1年后,路堤表现为缓慢沉降过程,路堤土体在横向上的不均匀变形程度随之减小,且路堤本体沉降变化很小;土体水平位移引起的工后沉降很小,不足总沉降的9%;磁环高程变化规律表明,路基在工后约6～8个月稳定。     

真空预压数值分析中竖向排水通道的讨论

在其他条件都相同的前提下,将竖向排水通道作为渗透性很强的介质和作为负压边界条件的两种不同方法应用于京沪高速铁路真空预压试验段.运用有限单元法模拟现场地质和施工情况,计算路基固结过程,并将沉降计算结果和坡脚处水平位移的计算结果与实测值进行对比分析.指出两种处理方法计算结果的不同,分析两种处理方法的计算结果与实测值的差异原因,得出两种处理方法的适用情况.在进行沉降计算时,可将竖向排水通道作为渗透性很强的介质;而在进行坡脚处水平位移计算时,宜将竖向排水通道作为负压边界条件.研究结果可以供工程界参考.     

高速铁路路基病害成因分析

高速铁路路基受列车荷载及自然条件的影响,易产生病害。根据我国已建高速铁路路基病害情况,分析了路基基床病害中翻浆冒泥、基床下沉、外挤等现象的形成机理;指出了目前高速铁路路堤边坡及路堑边坡在施工方法、防灾措施等方面存在的不足之处;剖析了造成路基过渡段不均匀沉降的主要因素,包括刚度差异、地基基础不良、压实质量不足、施工计划安排等方面,并提出预防及治理路基基床病害、边坡冲刷溜塌、过渡段不均匀沉降的基本原则及主要措施,这些对我国高速铁路路基病害原因分析及整治措施的制定具有一定参考和借鉴意义。     

盾构隧道下穿铁路箱涵结构变形特征分析

文章应用三维有限元法,分析盾构隧道下穿引起的既有铁路路基及箱涵结构变形,结果表明,铁路路基沉降规律大致符合Peck曲线,但由于箱涵结构的存在,沉降曲线左右不对称;箱涵最大竖向变形2.4 mm,路基最大竖向沉降3.95 mm。     

移动荷载作用下路基上板式轨道动力学特性分析

利用ANSYS软件分别建立了轨道板与混凝土底座对缝及错缝布置的板式轨道结构有限元模型,研究了在各种速度的移动荷载作用下两种轨道布置方式的动力学响应以及路基刚度对轨道的影响。研究结果表明:对于两种布置方式,钢轨位移和钢轨支点压力差别较小;CA砂浆动应力和轨道板垂向位移有一定的差别;路基表面动应力和路基面垂向位移差别较大。