武广高铁红黏土路堑基床动响应现场测试与分析

研究目的:路基基床承受列车和轨道荷载,必须具有足够的强度和稳定性.随着列车速度不断提高,对路堑基床在高速列车动载作用下的力学响应进行现场测试分析,对于正确的进行高速铁路路基设计具有重要的指导意义.研究结论:通过动响应现场实测,研究了时速300～350 km的机车通过武广高铁红黏土路堑基床时的动响应规律.分析了不同方向列车行驶条件下,振动速度、振动加速度、动应变、动应力沿基床横向、深度方向的分布规律.分析表明:竖向测试断面上振动速度、振动加速度、动应变、动应力等动响应参数均随深度增大而衰减;横向测试断面上,右线车作用下基床动响应近似呈倒“V”字形变化,左线车作用下随水平距离的增大而减小.与有砟轨道基床动响应测试成果对比表明:同等条件下,无砟轨道基床动响应小于有砟轨道,且无砟轨道下动响应衰减速率慢,影响深度大,因此建议高速铁路无砟轨道基床厚度取5.0m左右.研究结果对其它高速铁路的建设有重要的借鉴作用.     

翻浆状态下无砟轨道路基动力响应特征模型试验研究

高速铁路无砟轨道基床翻浆是一种特殊的路基新型病害,影响高速铁路运营的舒适性和安全性,为分析无砟轨道路基基床翻浆对路基动力响应特征的影响,开展无砟轨道-路基基床大比例模型试验。试验结果表明:基床翻浆状态时,在动荷载下底座板对基床表层产生瞬态碰撞,使得基床表层土动压力随动荷载加载次数的增大而逐渐增大,沿深度衰减速率变快;基床翻浆改变了基床表层与底座板之间的动力传递特性,竖向振动加速度比值增大了1. 95倍以上,动位移比值增大了4. 56倍以上,振动响应从底座板传递至基床表层衰减梯度增大;基床表层翻浆不断恶化,会降低基床表层对底座板的支承能力,致使无砟轨道-路基基床动力响应加剧。     

重载铁路路基基床结构强度控制设计方法研究

针对重载铁路路基基床结构建立了一套以动强度长期稳定性为准则的强度控制设计方法,该方法的主要设计步骤为:基于荷载分担Gauss函数法确定各轨枕承担的动轮载力;根据层状体系传递矩阵法计算最不利位置处轨枕下方的应力分布;以动强度长期稳定性为控制准则,确定基床厚度及基床表层厚度。进一步,采用建立的强度控制设计方法,对不同轴重下的重载铁路路基基床结构进行设计,结果表明:建议轴重25 t,基床表层厚度0.6 m,基床底层厚度1.9 m,基床厚度2.5 m;建议轴重30 t,基床表层厚度0.6 m或0.7 m,基床底层厚度2.4 m或2.3 m,基床厚度3.0 m。     

200km/h客货共线铁路红层泥岩基床填料动力特性研究

将红层泥岩用作客货共线铁路路基基床填料在国内还没有先例,红层泥岩是否能作为路基基床填料,其动强度和累积变形是否满足要求是关键因素之一.在遂渝线无砟轨道试验段对红层泥岩作为路堤本体填料可行性研究的基础上,本文进一步研究红层泥岩的动力学特性,研究红层泥岩用作达成铁路二线的路堤及路基基床底层填料的可行性.本文通过动三轴试验,得出在最佳含水率、一定压实度、不同围压条件下红层泥岩的动强度和累积变形等动力学特性,进而论证红层泥岩用作铁路路基特别是基床底层填料的可行性,为红层泥岩用作铁路基床填料提供重要的设计和计算参数.     

金山铁路既有线提速路基动力响应分析

基于无限元人工边界和基床—路堤—场地子结构系统,建立上海金山铁路既有线有限元模型,根据实测路基响应特征构造基床顶面动荷载,模拟列车以现行速度通过路基产生的动荷载,分析列车在现行速度43km· h-1和目标速度160 km· h-1范围内变化时,普通路基在动荷载作用下的动力响应规律.研究发现:如果既有线路基床不改造,列车速度从43km· h-1提高至160km· h-1时,基床顶面动应力峰值将增大17％左右;路基面动应力沿基面以下深度方向呈指数形态衰减;与现行速度条件下基床顶面以下6.2m的影响深度相比,提速后影响深度增加了1.2m.     

循环载荷作用下基床力学特性对道床影响的动态模型试验研究

针对既有线提速改造及高速客运专线设计与施工中遇到的轨道与路基参数的合理匹配问题,以室内动载模型试验研究为依托,配制6组不同密实度的土样,对轨道与路基结构进行了动应力、弹性变形、塑性变形、反应模量等项目的测试,并通过不同压实系数下模型试验测试结果的对比分析,得出基床、道床弹塑性变形以及反应模量的变化趋势,探讨了轨道与路基结构地基系数、压实系数及动静刚度等参数之间的发展规律,提出基床对道床影响的临界值,即:基床压实度为0.93时,基床临界动刚度值为75 MPa/m,基床临界动弹性变形为1.5mm,道床的临界动刚度值为110 kN/mm。对基床与道床参数匹配及相互动力作用的规律研究,为既有线提速改造及新线轨道与路基结构参数设计具有重要意义。     

中低速磁浮低置结构路基基床关键技术研究

为了确定基床合理的技术参数,完善其技术标准,对时速200 km及以下的中低速磁浮低置结构路基基床关键技术进行理论分析研究,采用布什理论明确动荷载影响深度,采用动变形、临界动应变控制指标明确不同基床填料所需的最小变形模量,据此进一步明确了基床结构、厚度、填料及其压实标准,并与现有技术标准进行对比。研究结论如下:(1)低置结构路基基床厚度可取为1.5 m,按两层结构设计,基床表层厚为0.3 m,基床底层厚为1.2 m;(2)基床表层采用级配碎石或A组填料填筑,压实系数不宜小于0.95,地基系数K_(30)不小于150 MPa/m;基床底层采用A、B组填料或改良土填筑,压实系数不小于0.93, A、B组填料地基系数K_(30)不小于130 MPa/m,改良土填料地基系数K_(30)不小于100 MPa/m;(3)本文研究成果与现行应用成果相比,基床结构尺寸、压实标准等进行了合理减小或降低,其设计结果更为合理,也较为经济。     

重载铁路路基荷载特征和路基动力响应分析

研究目的:近年来,重载铁路因其经济性较好在我国广泛建设,重载铁路路基基床承受重载列车动荷载作用较大,为了更好地分析重载铁路动荷载对路基病害诱发的影响,进一步优化重载铁路路基基床厚度结构设计,本文利用三维有限元对道砟厚度、基床表层厚度、基床表层模量、轴重等因素对重载铁路路基动应力特征和基床范围内动应力的传递分布影响进行仔细的研究。研究结论:通过数值计算和与既有重载铁路实测动应力比较分析得出以下结论:(1)路基中竖向动应力随着轴重、道床厚度、表层厚度和表层模量的变化规律为:路基基床中的竖向动应力随着轴重的增大而增大,随着道床厚度增大而减小,而基床表层模量和基床表层厚度对竖向动应力影响较小;(2)重载铁路30 t轴重相对于普通铁路23 t轴重增加约30%,而增加道床厚度可显著减小其动应力,50 cm较35 cm道床厚度各部位动应力减小约20%;(3)计算得出重载铁路路基动应力的合理数值模型和相关参数,为重载铁路路基基床厚度结构设计提供了合理的计算方法。     

客运专线土工格室复合基床的试验研究

研究目的:在列车荷载的重复作用下,基床结构永久变形是轨道结构几何尺寸恶化的重要因素之一。采用土工格室复合基床结构可以强化基床表层强度和刚度,以满足特殊路段基床结构的需要。研究方法:本文介绍了适用于客运专线的土工格室复合基床结构的4组动态模型试验。试验在室内填筑了宽7m、长4m、高1．05-1．55m的路基基床模型,采用5 Hz、20-140kN动荷载模拟列车荷载,每组重复加载150万次以反映列车对路基基床的重复荷载作用。为验证室内试验结果,在秦沈线进行了现场动态试验。试验结果表明, 土工格室可均化基床、路基的动静应力分布,明显降低基床和路基的弹性和永久变形,减少运营维修养护工作量,且格室越高效果越好。研究结论:通过与现场试验结果对比,30 cm厚的土工格室复合基床表层基本能够满足客运专线对基床刚度和变形控制的要求。     

提速铁路基床长期累积沉降及等效循环荷载试验研究

我国铁路大范围的列车提速对既有线和新线路基的刚度和变形提出了较高的要求.本文基于实测的路基动应力波形,通过室内动三轴试验研究铁路基床C组填料压实土分别在列车荷载和正弦荷载作用下的长期变形规律,并采用Monismith模型进行拟合,得到基床表层和底层土的长期累积沉降计算公式.试验结果表明,由于基床表层土承受的围压较低、动荷载较大,表层相对底层产生的长期变形大、持续时间也长.通过加载一系列不同幅值、不同形式的正弦荷载,提出基于基床土长期变形等效的提速列车荷载的正弦荷载等效方法,即一个半正弦波代表一个转向架的列车动荷载,荷载幅值折减系数在0.45～0.65之间;并通过能量法得到验证.     

土工格室加固既有线铁路基床试验研究

结合成昆铁路K13 698～ 925一段由成都粘土(膨胀土)填筑的高约7m路堤基床下沉病害的整治工程,进行了基床换填土工格室加筋砂夹卵石垫层的现场动静态试验,测试在列车荷载作用下基床表层的动应力、动变形、加速度等动力响应及累积下沉数据,比较在基床换填深度相同的条件下,有(无)土工格室加筋的砂夹卵石垫层的不同加固效果。试验表明,换填土工格室加筋砂夹卵石垫层的基床加固方案,能有效地改善基床的动力特性,十分显著地降低基床产生的残余变形,用于提速线路的基床加固可取得较大的社会经济效益。     

基于强度控制法的重载铁路基床厚度设计研究

基于路基填料强度控制法设计原则,在充分考虑35 t轴重列车运行时产生的静、动荷载作用下,分析不同基床表层、底层填料及厚度组成的路基基床结构动力特性,优化路基基床结构厚度。研究结果表明:当基床表层填料为级配碎石时,基床表层厚度为0.7 m,底层厚度为2.1 m;当基床表层填料为A组填料时,A组填料资源缺少地区,基床表层厚度为0.6m,底层厚度为2.4 m,A组填料资源丰富地区基床表层厚度为0.7 m,底层厚度为2.1 m。     

新建铁路路基改良土动力学试验研究

针对新建铁路基床底层填筑中黏土是否需要进行改良以及改良深度的问题,采用现场动载激振试验的研究方法,对基床底层未改良、部分改良、全部改良的基床结构进行动应力、动变形、塑性变形等项目的测试。通过对不同基床底层结构形式的动载模拟试验研究和测试结果的对比分析,得出路基的弹塑性变形、动刚度随激振次数的变化趋势。     

重载铁路路基基床不同改良厚度的动力响应研究

重载列车荷载对路基基床的影响较为显著,为探究北方风沙地区选择水泥改良的粉细砂作为基床填料后路基体的变形及动力稳定性。通过动三轴试验对比分析了不同掺入率水泥改良土临界动应力大小及不同围压下回弹模量的变化规律,进一步结合FLAC3D建立三维动力仿真模型,重点探讨了列车激励荷载作用下路基基床换填不同厚度的5%水泥改良土时动应力、沉降变形、振动加速度的变化分布规律。结果表明:5%水泥改良土临界动应力、回弹模量较原状土提高幅度最大;路基体竖向动应力、位移、加速度峰值均随深度增加而逐渐减小;路基基床对动应力的扩散抑制作用较强,动荷载传递经基床后平均衰减约83.5%;路基沉降主要产生在中上部,且随基床底层改良厚度增加路基顶部最大竖向位移逐渐减小,最大减小约45.6%;此外,振动加速度传播经改良后的路基基床衰减幅度较明显,约为69.4%。     

动荷载下软土路基变形规律研究

研究目的:为研究列车循环荷载下的路基变形特性,找出路基中土的动力特性.本文首先介绍了胶新线试验段的基本情况,从理论上分析计算了路基沉降与时间的关系,给出了路基计算模型与路基土本构方程.进而通过研究列车动荷载下的路基弹性变形与塑性变形特性,得到路基动应力衰减曲线.研究结论:(1)实际中应变波是在有限深度内传播的,一般在路基面以下5 m弹性变形很小.弹性动应变所占比例很小,不足0.06%,而且随着深度逐渐减小,所以弹性动应变对松软土路基工后沉降的贡献很小;(2)在动载试验150万次后,测得路基的塑性变形值为:级配碎石基床表层塑性变形为27.35 mm,松软土地基塑性变形为2.67 mm.动荷载对工后沉降的贡献主要体现在路基基床部分,工后沉降在列车运行1年后趋于稳定.     

考虑道砟嵌入作用的有砟轨道基床表层变形行为研究

为研究有砟轨道道砟嵌入现象及其对基床表层变形行为的影响，开展以道砟碎石-基床粉土双层试样为研究对象的动三轴试验，分析道砟嵌入对基床表层变形行为的影响，探讨基于道砟嵌入指标的基床表层变形行为标准。试验结果表明，道砟嵌入使得道砟碎石-基床粉土试样的粉土表层出现道砟槽痕并发生侧向变形，同时承受动荷载的能力降低；提高动应力水平和增加粉土含水率会加剧道砟嵌入程度；道砟碎石-基床粉土试样的破坏模式可分为剪切破坏型和软化破坏型；基床粉土含水率较低时，道砟碎石-基床粉土试样整体变形主要源于道砟和粉土的压缩变形，而当粉土含水率较高时，道砟嵌入引起的轴向和侧向变形则较为显著；当粉土处于最优含水率时，道砟嵌入速率为2.9×10^-5 mm/s时道砟碎石-基床粉土试样达到塑性安定极限，而当粉土处于天然含水率和饱和含水率时，塑性安定极限对应的道砟嵌入速率则为1.4×10^-4 mm/s。     

高速铁路不同细粒土基床底层结构动力特性测试分析

针对高速铁路基床底层细粒土填料设计问题,设计3种不同细粒土基床底层结构形式进行现场试验,采用激振机模拟高速列车动荷载方法进行测试,分析在不同改良工况时基床的动力响应情况,探求基床底层改良与不改良土在列车动载作用下有何区别,以及基床底层是否全部进行改良等问题。     

膨胀土地段新型基床结构动力响应数值分析

采用一种新型的防排水结构层控制膨胀土的含水率变化,对新建云-桂高速铁路广西段的膨胀土进行整治。采用FLAC3D有限差分软件分析云-桂线中强和中弱膨胀土地段新型基床(基床中设置新型防排水结构层)在列车荷载作用下的动力响应规律,利用现场试验结果对数值分析结果进行验证,对比分析两类膨胀土地段基床动力响应规律的异同。研究表明:新型基床结构动应力、动位移、振动速度和加速度随深度的增加而减小;基床动应力的现场实测值与软件计算值规律基本一致,且大小相近,说明该数值模拟分析新型基床的动力响应规律可行;中强、中弱膨胀土地段的新型防排水结构层上下表面的动应力、剪应力存在差异,但其基床结构内的动应力、动位移、速度和加速度的衰减规律一致。本文为膨胀土地区高速铁路基床的设计、施工及其动力响应研究提供参考。     

地铁设计中基床系数的解决方案

基床系数是地铁设计计算的重要参数.基于地铁设计的荷载特点,按照地铁勘察规范规定的测试方法,分析已有基床系数的研究成果和取值现状,应用土力学原理,对地铁设计中使用的基床系数做了必要的推定,推导并给出黏性土和砂石类土基床系数以压缩模量为已知参数的计算公式;通过计算验证,证明按此计算公式得到的基床系数计算值与规范给出的经验值基本一致,从而解决了基床系数的取值问题.     

高速铁路路基动力响应特性

结合高速铁路路基基床动力响应现场实测与有限元计算,分析了无砟轨道路基动应力、动变形和振动加速度的幅值特征及变化规律,揭示了列车荷载作用下基床内应力、应变的分布规律。研究结果表明:轨道路基基床动应力范围为11~16 k Pa,随车速变化不明显,随轴重增大而增加,每1 t轴重产生动应力约为1.02 k Pa;无砟轨道路基基床表面动应力分布范围较大且相对均匀,动应力随深度衰减较缓慢;无砟轨道路基动变形较小,随着路基刚度的增大动变形减小且分布较均匀,路基对线路整体刚度影响不大;无砟轨道路基振动加速度一般不大于10 m/s2,振动主频100~500 Hz。