基于连续检测的高速铁路路基压实质量控制方法

针对传统检测方法无法满足路基压实质量实时、全面控制要求的问题,开展了高速铁路路基碾压足尺模型连续检测试验,分析了路基压实过程中振动轮振动能量变化规律,建立了能量压实值与动态变形模量、地基系数和压实度的相关关系,对基于连续检测的路基压实程度、压实稳定性和压实均匀性进行分析。结果表明：振动轮振动能量随碾压遍数增大而增大,能量压实值与常规检测指标具有强相关性,可以作为高速铁路路基压实质量连续检测指标;采用考虑90%置信水平预测区间下限的压实质量连续控制值判断路基压实程度更符合路基实际压实状态;碾压区域内能量压实值平均增长率应小于2%,出现过压现象时应停止碾压;碾压结束后,各检测单元能量压实值应在碾压区域平均能量压实值的80%～120%范围内。     

高速铁路路基振动压实理论与智能压实技术综述

高速铁路路基智能压实技术是智能高速铁路建设的重要组成部分。在文献分析的基础上,从路基填料振动压实机理、机土耦合模型出发阐述高速铁路路基振动压实理论现状,以及目前高速铁路路基压实质量连续检测、路基智能压实技术的研究进展,提出高速铁路路基振动压实理论与技术的发展方向:深化振动压实过程填料细观演化与振动压实特性的联系研究,在振动压路机-填料的动力耦合理论基础上建立动力响应指标量化分析模型,实现高速铁路路基压实质量连续检测,形成高速铁路路基智能填筑新技术。     

高速铁路路基压实参数对振动波演化特征的影响研究

以京雄城际铁路固安东站路基段为试验区段,从时域、频域、时频域和能量域四个方面研究不同压实参数下振动波的演化特征,结果表明:在路基压实过程中,随着压路机行驶速度的增加,路基填料加速度峰值减小,振动轮加速度峰值增大,两者加速度衰减率逐渐增大。随着压实遍数的增加,振动波在填料中沿水平方向传播的加速度峰值衰减率逐渐降低。振动波自振动轮至填料传播过程中,基波、一次谐波到五次谐波幅值呈指数分布,且有严格的指数函数相关性;对振动信号进行Hilbert-Huang变换,随着压实遍数的增加,振动轮和填料中振动波的能量峰值逐渐增加;随着振动压路机行驶速度的增加,振动轮和填料中振动波的能量峰值逐渐降低。     

基于现场试验的高铁路基智能压实过程中振动波垂向传播机制

以京雄城际铁路固安车站的路基段作为试验场地,从时域、频域、时频域及能量4个方面,研究振动压实过程中不同深度填料的动力特性及振动波从振动轮至填料全过程的传播机制。结果表明:振动信号从振动轮至填料的传播过程中,振动加速度峰值近似呈双曲线分布,且与埋深呈反向关系,其传播的临界深度为1.0 m左右;振动信号传播至填料中,基波频率有所增大,基波与各次谐波的幅值则逐渐减小;在任意埋深处,振动信号的基波、1次、2次至5次谐波的幅值呈现指数递减,具有严格的指数函数相关性;Hilbert-Huang变换谱能够全面、系统地反映任意时刻振动信号的时域特征,振动压路机对于填料的有效碾压时间大致为2 s;振动能量主要集中在20~50 Hz频率内,与基波和1次谐波频率基本一致;随着埋深的增加,振动能量逐渐减小,特别是在振动波从振动轮传至填料表面时,振动能量的损耗最为严重。     

高速铁路路基B组填料振动压实参数优化室内试验研究

目前,高速铁路路基通常采用振动压实方式进行填筑,然而针对粗粒土填料振动压实参数选择的研究较少,且未考虑颗粒破碎影响.为研究高速铁路B组填料粗粒土在振动压路机作用的振动参数特性,进行室内振动压实试验,分析振动频率、激振荷载、振动次数对B组填料粗粒土压实特性的影响.研究结果表明:填料的干密度随着振动频率的增加而增加,随振动次数的增加呈迅速增长-缓慢增长-平稳增长3个阶段,随激振荷载的增加干密度存在一包络区域,发现选取填料最优振动参数时需同时满足2个条件即频率为最优振动频率且激振荷载大于第2临界荷载(CL2),并最终确定填料的最优振动参数为振动频率f∈[25 Hz,30 Hz],振动次数n∈[2500,5000]且激振荷载Ps大于110 kPa;振动压实作用下颗粒破碎主要以研磨破碎为主,颗粒破碎率随振动频率的增加而增大,并在最优频率区间时破碎率出现最大值.研究成果可为高速铁路路基填筑作业提供参考.     

高速铁路路基B组填料振动压实参数优化室内试验研究

目前,高速铁路路基通常采用振动压实方式进行填筑,然而针对粗粒土填料振动压实参数选择的研究较少,且未考虑颗粒破碎影响.为研究高速铁路B组填料粗粒土在振动压路机作用的振动参数特性,进行室内振动压实试验,分析振动频率、激振荷载、振动次数对B组填料粗粒土压实特性的影响.研究结果表明:填料的干密度随着振动频率的增加而增加,随振动次数的增加呈迅速增长-缓慢增长-平稳增长3个阶段,随激振荷载的增加干密度存在一包络区域,发现选取填料最优振动参数时需同时满足2个条件即频率为最优振动频率且激振荷载大于第2临界荷载(CL2),并最终确定填料的最优振动参数为振动频率f∈[25 Hz,30 Hz],振动次数n∈[2500,5000]且激振荷载Ps大于110 kPa;振动压实作用下颗粒破碎主要以研磨破碎为主,颗粒破碎率随振动频率的增加而增大,并在最优频率区间时破碎率出现最大值.研究成果可为高速铁路路基填筑作业提供参考.     

高速铁路路基填料质量对压实质量的影响分析

高速铁路路基填料质量对路基压实质量起着重要作用。根据我国高速铁路路基压实标准要求,以及铁路行业填料分类现状,分析了高速铁路路基填料的颗粒粒径、颗粒粒径级配、填料强度及填料性质对压实质量的影响;提出了高速铁路路基填筑前,应对填料的粒径级配及强度指标提出要求,或完善路基填料分类标准的建议。     

振动轮两侧加速度差异及连续压实指标优化研究

连续压实控制技术主要通过振动轮单侧振动响应描述土体压实状态,已在工程中得到广泛应用。然而,研究发现压实过程中存在振动轮两侧加速度响应不一致的现象,这可能导致现有测试方法在相同位置出现不同的刚度测试结果,因此研究振动轮两侧振动差异性对提高连续压实测试精度具有重要意义。结合现场试验,采集压路机振动轮两侧的加速度信号,重点分析了不同压实遍数、振动频率下两侧加速度峰值、倍频幅值的变化与分布规律;以双侧响应为基础提出平均指标,通过相关性分析对指标适用性进行验证。研究结果表明：随着压实遍数的增加,两侧加速度峰值差异逐渐减小,经4遍压实后差异由24.4%降至13.3%;振动轮结构偏心会造成振动轮两侧加速度频谱中基频幅值差异的产生,被压土体两侧刚度不均会造成2倍频、3倍频幅值差异的产生;双侧平均指标μ_AICV与动态变形模量的相关性为0.75,表明双侧平均指标μ_AICV可用于路基压实质量控制,相比单侧连续压实控制指标,可有效提高现场质量控制精度。     

季节性冻土区高速铁路路基水泥稳定碎石基床压实指标相关性

针对我国季节性冻土区高速铁路路基水泥稳定碎石基床压实质量控制标准缺乏的现状,结合现行设计规范和相关试验规程,以冻土区高速铁路水泥稳定碎石基床为研究对象,将地基系数、动态变形模量、变形模量、回弹模量和无侧限抗压强度作为评价指标,研究水泥稳定碎石基床各项压实指标的适用性及相关性。结果表明:水泥稳定碎石基床的地基系数受填料自身特性影响较大,二次变形模量测试过程繁琐,可采用直接反映路基压实状态的一次变形模量为水泥稳定碎石基床的压实检测指标;各压实指标与回弹模量、无侧限抗压强度间存在较好的指数函数关系,因此可通过室内试验较易获得的回弹模量、无侧限抗压强度推算复杂试验条件下的压实质量控制指标,为季节性冻土区水泥稳定碎石基床的压实性能提供快捷、有效的估算方法。     

基于机-土耦合模型的铁路路基连续压实质量控制方法

连续压实技术可有效保障路基压实质量,但由于连续压实检测方法和常规检测方法的检测范围相差较大,导致现场试验结果离散性较大,限制了连续压实技术的进一步推广。为建立连续压实检测结果与路基物理力学性质的关系,建立了考虑压路机行驶的机-土耦合模型,并提出了模型参数确定方法。分析了土体剪切模量对振动轮加速度时频域特性、机-土相互作用力以及连续压实质量控制指标的影响,并与路基碾压足尺模型试验结果进行对比。结果表明,模型能够准确反映机-土系统的动力特性。基于机-土耦合模型,提出了一种铁路路基连续压实质量控制方法,实现了根据铁路路基设计参数直接确定连续压实质量控制指标的合格值,为铁路路基连续压实质量控制提供了理论依据和新的实现方法。     

高速铁路路基连续压实质量检测指标CMV影响因素分析

为定量分析振动压路机工艺参数对压实质量连续检测参数的影响程度,基于正交试验设计原理,以压实质量连续检测指标CMV值为研究对象,以振动压路机振幅、振动频率、碾压速度以及行驶方向为影响因素,在沪昆高铁芷江试验段开展压实质量连续检测试验。研究结果表明:振幅、振动频率和碾压速度对CMV值的影响高度显著,行驶方向对CMV值的影响显著,影响程度依次为振幅振动频率碾压速度行驶方向。根据CMV值的变异系数确定使CMV值最为稳定的振动压路机压实工艺参数,并以稳定状态下的CMV值为基准,建立回归方程,对其他压实工艺参数条件下的CMV值进行修正。     

强风、大温差戈壁土风沙路基填料施工技术研究

在重复的列车荷载作用下,路基要产生不可恢复的累计下沉,最终影响轨道结构的平顺性,所以承载特性和变形问题便成为高速铁路路基设计与施工的控制因素,对路基填料以及压实质量也有了更高的标准,研究满足强风、大温差戈壁土风沙地区高速铁路路基技术参数要求的路基填筑施工工艺标准,包括填料的选择、控制、压实工艺及质量检验方法等,提出有关指导建议。     

高速铁路路基粗颗粒填料冻胀特性研究

研究目的:在季节性冻土区修建高速铁路,路基冻胀变形控制是关键性难题,影响轨道的平顺性与列车运营的安全性。粗颗粒填料是国内外路基工程包括高速铁路防冻层广泛采用的填料,研究高速铁路路基粗颗粒填料冻胀特性对高速铁路路基的防冻胀,保证轨道的平顺性具有重要的意义。研究结论:通过室内和现场试验,开展了不同配比粗颗粒土的冻胀特性研究。试验结果表明:(1)粗颗粒填料在满足路基压实条件的前提下,可有效控制路基冻胀变形;(2)通过改进的室内冻胀试验,能够使试验中土样的均匀性和压实效果更接近现场工程的实际情况,从而使得试验结果更加可靠;(3)通过合理控制粗颗粒填料组分、级配、细颗粒含量等设计参数,可以达到较好的防冻胀效果;(4)本研究成果可应用于严寒地区高速铁路路基的防冻层,能够有效抑制路基冻胀,保证轨道的平顺性。     

路基振动压实过程中振动波传播规律北大核心

通过有限元软件建立考虑阻尼比、弹塑性本构关系的振动压路机-填料耦合数值仿真模型,得到振动压实过程中振动压路机及填料动力响应曲线,探究振动压实过程中振动波垂直及水平方向传播规律,提出了基于振动波的填料压实质量综合判别方法。结果表明:结合现场实测振动压路机及填料动力响应曲线,振动压路机-填料耦合模型能够较好地模拟填料振动压实过程;在垂直方向,加速度幅值的衰减呈现先快后慢的趋势,且在填料深度为0.5 m时衰减率达60%,路基深度为1.5 m时衰减率达90%;在填料表层水平方向,已压实土体与虚铺土体距压实作用点分别为0.8、0.5 m处,峰值衰减率均达90%;提出了基于振动波传播衰减率降低、动响应幅值增加与归一化动响应滞回圈的椭圆率增加的填料压实质量综合直接判别方法。     

高速铁路软岩物理改良土路基的动力特性分析

在武广高速铁路设计中,首次将软岩物理改良土用作高速铁路路基本体填料。在试验段中预埋设动测元件,CRH3动车以300 km/h以上速度运行时,测试软岩物理改良土路基在高速列车运行下的动力特性。测试结果表明:在保证软岩物理改良土的粒径级配、压实度时,可以将软岩物理改良土用作高速铁路路基本体填料,其填筑的路基整体动力特性稳定,和基床、轨道系统形成良好的动力特性匹配。     

高速铁路粗粒土最大干密度试验方法研究

针对我国高速铁路路基压实标准的物理指标统一采用压实系数K控制的规定,分析了粗粒土最大干密度的各类试验方法与国内外现行标准,从原理、适用范围、技术参数等方面进行探讨,在高速铁路路基施工现场展开试验研究,提出采用表面振动压实法作为高速铁路粗粒土的最大干密度试验方法,并提出了试验建议。     

铁路路基填料最优振动压实模式判断准则研究

选取工程性质相差较大的2种路基填料进行现场振动压实试验,采用连续压实检测系统识别振动压实状态,系统地研究了振动压实模式对连续压实检测曲线的影响规律。试验结果表明:随着弱振碾压遍数增加,振动压实值增长幅值逐渐减小;而转换为强振模式后,振动压实值有较大增长,直至达到目标值。同时选取填料的目标振动压实值作为基数计算振动压实值变化率,通过分析在弱振模式下每1遍碾压后振动压实值变化率的发展规律,初步提出以振动压实值变化率≤8%作为最优振动压实模式判断准则。     

京沈客运专线路基连续压实控制技术

路基作为高速铁路相对薄弱的结构,其填筑压实质量控制已成为施工关键环节。结合京沈客运专线TJ-10标路基施工压实质量控制实际,介绍了路基连续压实控制技术的原理、特点,重点阐明了其工艺过程,为在类似工程推广应用连续压实控制技术提供参考。     

沙漠地区某高速公路风积沙压实特性与压实工艺研究

通过不同的室内试验,对风积沙的压实特性、压实原理以及工程特性和特点进行分析,提出适合毛乌素沙漠地区风积沙路基的干压法施工工艺与湿压法施工工艺,以及较为合理的机械组合与压实参数。研究结果表明:在干燥状态和最优含水率状态下,风积沙都可被压实,最佳振动频率均为44 Hz;风积沙达到最大干密度在冲击振动工况下比纯振动工况下所用时间短,并且最大干密度更大;与1次填料方式相比,采取多次填料方式减小风积沙的松铺厚度,每层控制在50~60 cm,可获得较大的压实度。     

石灰改良下蜀黏土作为高速铁路路堤填料的动力特性试验研究

高速铁路对路基填料的工程性质特别是基床结构填料的动力学特性提出了很高的要求。通过室内动三轴试验及现场激振试验,对石灰改良下蜀黏土作为填料的动力特性进行系统的研究,对其作为高速铁路基床底层填料的可行性进行评价。研究结果表明:下蜀黏土经石灰改良后,具有较高的临界动应力值,动载作用下弹性变形及塑性变形较小,满足高速铁路基床底层填料要求。石灰改良下蜀黏土力学特性受相关因素影响,应用过程中,应注意对含水率、压实系数等进行合理控制。