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。     

交通荷载作用低路堤路基沉降特性研究

依托我国某高速公路低路堤工程背景,借助有限元分析软件ABAQUS建立有限元模型,首先结合路基不同深度动位移和动应力计算数据,分析了交通荷载作用下路基的响应特征及影响范围;然后,结合不同路基填土高度与路基动力响应相关性进行分析,依此为基础计算不同填土高度下路基累积沉降特性。研究结果表明:低路堤易受交通荷载影响,竖向影响深度达3.0 m左右;填土高度降低,会迅速增加路基累积沉降;结合实际工况,计算路基填土高度1.5 m时地基累积20年最大沉降达375 mm。同时,对保障低路堤长期动载作用下稳定的技术措施进行了探讨,能够为类似工程实践提供参考依据。     

新疆砾石土低路堤动力特性

以新疆三岔口-莎车高速公路为依托, 基于标准轴载作用下单轮影响范围内的1∶1路基模型试验, 分析了车辆荷载下低路堤的动力特性; 考虑了绿洲区地基在服役期间不同的含水率状态, 根据一般道路设计标准, 将低路堤道路结构分为面层、基层、路基与地基四部分, 模拟了低路堤在不同荷载作用下的动力特性, 研究了动载峰值、频率与重复作用次数对低路堤动力特性的影响。研究结果表明: 不同加载方式下的竖向应力均随路基深度增大而迅速减小, 应力在距路基顶面0.8 m深度处均衰减了69.2%;静载和短时动载作用下各深度处的应力随荷载呈线性变化趋势, 应变则呈非线性变化趋势; 由于不同土层模量的差异, 使得应变在路基与地基中出现了明显的分层现象; 地基含水率的变化对低路堤动力特性的影响非常明显, 当地基含水率从18%增大到28%时, 地基顶面处的应变增大了1.8倍; 短时动载频率的增大对应力和应变的影响都很小, 当动载频率由1 Hz增大到5 Hz时, 路基与地基顶面处的应力分别减小了7%和9%;当静载、短时动载和长时动载的峰值为50 kN时, 短时动载峰值作用下路基与地基顶面处的应力和应变分别是静载作用的79%~95%和75%~95%, 而长时动载引起的路基与地基顶面处的应力和应变分别是静载作用的1.0~1.1倍和1.9~3.3倍。      

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.      

柔性荷载作用下桩筏加固地基变形特性试验研究

针对深厚软土地区桩筏加固地基,通过原位长期观测试验,研究柔性荷载作用下桩筏加固地基与天然地基的地基面总沉降、地基分层沉降和侧向变形、地基土孔隙水压力等,对比分析两种地基变形规律的差异性,总结提出了柔性荷载作用下桩筏加固地基的受力变形机理.研究结果表明:桩筏结构相对于天然地基,其总沉降减小至24%、差异沉降减小至0.9%,说明其整体刚度较大,有利于均化地基荷载、约束地基侧向变形,使地基总沉降和差异沉降都有很大程度降低;桩筏加固地基沉降主要发生于下卧层,占总沉降的90%;路堤荷载大部分由桩筏结构承担,桩筏结构地基中超孔隙水压力相对于天然地基降低了70%,从而减小了地基沉降量.     

长短桩在公路软土地基中的应用研究

文章结合工程实况,在分析总结长短桩加固机理的基础上,采用Midas GTS NX软件,对长短桩加固地基的公路地基变形特征进行研究,对比分析长短桩加固、全短桩和全长桩的加固效果。研究结果表明：长短桩加固方法可在保证加固效果的同时降低工程造价。同时,分析长短桩加固地基工况发现,地表沉降最大处在路堤中部,且随填筑高度增加而增加;地表沉降变化曲线随填筑高度的增加,其锯齿状变化也越明显;路堤填筑对地表沉降的影响范围为路堤坡脚向外3.5m。填筑过程中,地表水平位移值随填筑高度增加而逐渐增大。     

交通荷载作用下煤矸石路基变形响应特性分析

交通荷载作用下路基变形是道路工程主要研究问题。对煤矸石填料进行动三轴试验,研究了煤矸石填料变形特性与累积振次、动荷载幅值的变化规律,并依据交通荷载动力特性,对交通荷载作用下路基变形响应进行数值模拟。试验和数值模拟结果表明:煤矸石填料变形随累积振次增加而增长,前期增长速度较快,后期增长速度缓慢且变形值逐渐趋于定值;相同振次条件下,变形随动荷载幅值增加而增长;车辆正下方路基沉降位移随路基深度增加而减小,但减小速率逐渐降低,沉降曲线在深度6 m左右出现明显拐点,表明交通荷载影响深度为6 m左右;路基沉降随行车速度增加而增长,这为道路路基设计提供了依据。     

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%.      

大风对路堤上运行的客运列车气动性能的影响

为了提高强横风作用下客运列车运行的稳定性,基于三维非定常方程,采用动网格技术,对强横风作用下的青藏线客运列车在路堤上运行情况进行了模拟,分析车速、风速及路堤高度与气动力之间的关系,并将计算结果与风洞实验结果进行对比。研究结果表明:升力、侧向力和倾覆力矩实验结果与模拟结果吻合较好。在路堤高度小于20.00m时,气动力随路堤高度的增加而增大,当路堤高度大于20.00m时,气动力随路堤高度增大而减小;车速一定时,随着横风速度的增大,气动力和倾覆力矩迅速增大;横风风速一定时,列车运行速度从60km.h-1增大至120km.h-1,侧向力、升力及倾覆力矩变化不大。     

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。     

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。     

土工格室和土工网改善基床动态性能模型试验

介绍了分别使用土工网和土工格室加固基床的5组动态1：1模型试验。为了反映列车荷载对基床的长期作用,每组试验均进行了100万次的重复加载试验。测试了动应力、弹性变形、永久变形等反映基床动态特性的参量,研究 了动应力、弹性变形和永久变形随动荷载而变化的规律,并建立了相关关系。分析比较了土工网和土工格室改善基床动态性能的效果,并对效果的差异进行了分析和总结。     

长短桩组合型复合地基承载机理及沉降

采用沿深度变强度和变刚度的长短桩复合地基符合附加应力的分布规律,有效地减小沉降,减少加固成本。在路基填筑作用下,长短桩组合型复合地基起到了实体深基础的作用,把上部荷载有效地传递到深部土层,长短桩复合地基沉降主要由下卧层的变形引起。     

高速公路软土地基硬壳层作用效应研究

天然双层软土地基上的硬壳层具有应力扩散、反压护道、沉降滞后和封闭作用等特征。对于在硬壳层软土地基上修建的路堤,经硬壳层应力扩散后,施加到软土层顶面的附加应力可望小于软土的强度,从而可直接在硬壳层上修建路堤,而不必对软土地基进行处理。基于有限元数值分析,研究了硬壳层刚度、路堤高度以及软基厚度对硬壳层软土地基变形特征和硬壳层应力扩散效果的影响。结果表明硬壳层的应力扩散性能随路基荷载的增加而减小,随其下软土地基厚度的增加而提高,并且硬壳层的刚度越大,其应力扩散性能越明显。基于考虑硬壳层的应力扩散、反压护道等作用,在不破坏硬壳层基础上,当路基高度与硬壳层的比值不大于1．5时,可不作处理或采用冲击压实、砂垫层＋土工格栅等浅层处理措施。结合工程实际,验证了该结论的有效性,为类似工程的设计与施工提供参考。．     

重载铁路隧道基底动力响应及加固研究

以蒙华铁路王家湾隧道为工程依托,采用数值模拟的方式,研究不同行车速度下隧道基底围岩的动力响应规律,进一步分析基底围岩经水泥挤密桩加固后的动力响应情况以及桩间距的改变对加固效果的影响。研究结果表明:隧道基底围岩的加速度峰值和动应力峰值都随着行车速度的增加而增加,且加速度峰值受速度变化影响较大;隧道基底围岩的加速度峰值、动应力峰值都随着离基底距离的增加而减小,加速度峰值衰减速率逐渐变小,而动应力峰值衰减速率逐渐变大,其中,基底以下0~3m为速度强影响区,3~5m为速度弱影响区;水泥挤密桩加固使基底围岩最大加速度峰值减小,动应力峰值增大;随着桩间距的增大,较浅处围岩加速度峰值减小,较深处围岩加速度峰值增大,而动应力峰值都逐渐增大,且桩中部受影响较大。根据分析,建议在重载铁路隧道加固方案中,桩间距取0.4m左右较为合适。     

重载铁路路基基床结构动力分析

通过ANSYS有限元软件建立轨道—路基系统三维模型,分析重载铁路路基基床结构在动力荷载作用下的变化规律,为研究重载铁路路基的力学性能提供技术支持.随着基床弹性模量、密度的增大,基床应力累计叠加逐步增大,基床沉降累计变形逐步减小,基床振动幅度不断增大,振动趋势逐渐平缓,抵抗变形能力减弱.     

地铁及国铁荷载共同作用下地基土动力响应分析

结合南京地铁二号线东延线盾构隧道下穿宁芜铁路工程,研究地铁及铁路荷载共同作用下地基土动力响应．利用车辆-轨道耦合模型,计算轮轨垂向力．利用有限单元法分析地铁线路中心线下地基土和国铁路基面弹性变形、加速度随时间的变化规律,以及地基土中动应力分布规律．分析结果表明,在同样的加载条件下,地铁左线和右线地基土弹性变形及加速度随时间变化规律相似,动应力响应较大的区域主要分布在铁路基床表层、拱腰附近和轨枕下方土层．     

考虑分层填筑的高路堤沉降变形特性分析

为研究高路堤动态填筑全过程沉降变形特性,基于非线性有限元数值模拟,对比分析高路堤与一般路堤分层动态填筑过程中地基面沉降、路堤面沉降和坡脚处地基剖面侧向位移的分布演变规律,讨论填料轻质化、压实度提高对沉降变形的影响。研究发现:高路堤分层填筑全过程中堤身荷载不容忽视,采用轻质填料可极大减小高路堤的压缩变形和地基沉降;随着压实度的提高,如路堤填土弹性模量增加2倍,高路堤路基面沉降则减小16. 9%,而地基面沉降和坡脚处地基剖面侧向位移影响甚微。     

路堤荷载下桩网复合地基承载特性研究

桩网复合地基通过桩体、碎石垫层、土工格栅以及桩间土共同作用,可以将上部路堤荷载有效地传递至下卧硬土层。针对桩网复合地基和传统的桩承式复合地基两者的结构性区别,对其荷载传递特性进行了对比分析。同时通过数值模拟对桩网复合地基承载特性进行分析。结果表明：桩网复合地基可以有效减小路堤整体沉降和不均匀沉降,提高桩土应力比和路堤整体稳定性。最后,通过路堤沉降和格栅轴力两项指标对桩网复合地基设计中各项重要参数进行了敏感性分析,可为桩网复合地基设计和工程实践提供理论参考。     

列车撞击荷载的有限元数值分析

为获得列车脱轨撞击荷载,分析列车撞击时盾构隧道的动力响应,建立了列车编组的三维撞击有限元模型,探讨了不同列车编组、不同撞击速度和撞击角度下列车近似撞击力时程曲线,分析了列车撞击力最大值和撞击时间与列车撞击速度和角度的关系,并将典型撞击荷载用于分析不同厚度二次衬砌管片衬砌的动力响应.结果表明:列车编组数量一定时,列车斜向撞击力最大值随撞击速度和撞击角度增大而增大;当撞击角度增大到7.5后,撞击力作用时间随撞击速度增大而延长;根据列车撞击力最大值出现时刻不同,可将撞击力时程曲线划分为2类特征曲线,其中第1类特征曲线(撞击瞬间撞击力达到最大)总体上符合高斯多峰拟合公式,可用10个参数近似拟合.二次衬砌厚度增大能有效减小管片衬砌应力、速度、加速度等动力响应以及拉、压损伤区域.