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。     

中俄高速铁路路基主要技术标准对比研究

为厘清中俄高速铁路路基主要技术标准的异同,增进对俄罗斯技术标准的了解,更好地服务中国高铁"走出去"战略,结合中俄两国高速铁路路基设计施工相关规范,从计算荷载、路基结构、路基填料及压实标准、变形要求4个方面进行对比分析,得出以下研究结论:(1)莫喀高铁在设计时速、行车条件等方面相比我国高铁情况复杂,两国标准下的路基面计算荷载、边坡设计参数等存在差异;(2)中俄两国高速铁路路基结构形式基本类同,基床底层厚度中国标准比俄罗斯标准大0.5 m;(3)两国标准在技术体系上总体相近,但在部分技术指标上存在差异,俄罗斯在制订技术标准的过程中对我国技术标准有所借鉴;(4)中俄两国路基填料采用不同的标准,有较大差异,在应用中值得注意。     

基于KENTRACK的铁路沥青混凝土底砟层疲劳特性评价

重复动载疲劳损伤是沥青混凝土底砟层的破坏形式之一。本文建立了沥青混凝土底砟层的三维有限元分析模型,分析其在列车荷载作用下的受力变形特性。采用KENTRACK设计方法分析了沥青混凝土底砟层的疲劳寿命。结果表明:沥青混凝土底砟层等厚度替代基床表层的路基结构形式在列车荷载作用下基床表层的竖向动变形和振动加速度明显减小;沥青混凝土底砟层的层底拉应变在10×10^-6~90×10^-6,处于较低水平;沥青混凝土底砟层具有良好的疲劳耐久性,可用于工程实践。     

中俄高速铁路有砟道床技术条件分析——时速350 km高铁设计参考与借鉴

为厘清中俄高速铁路有砟道床技术条件差异及其内在原因,通过对两国不同轨距高速铁路有砟道床设计规范及技术条款进行分析,针对莫喀高铁和京张高铁(350 km/h)运营要求,考虑到轨距、温度变化不同因素影响,所得主要结论如下:(1)道床砟肩宜采用无堆高形式,道床边坡宜采用1∶1.75,加强道床夯实。道床厚度宜采用35 cm,如在桥隧地段、路基基床表层采用沥青层、弹性轨枕可降低为30 cm;(2)结合欧洲高铁经验,道床纵向阻力不应小于14 kN/枕,横向阻力不应小于12 kN/枕,可满足时速350 km要求;(3)时速350 km及其以上必须进行飞砟设计和措施研究;(4)时速350 km须进行轨枕设计,可通过形状和尺寸方式。由于轨距不同,建议莫喀高铁轨枕长度采用2.7 m、京张高铁采用2.6 m。     

重载铁路路基基床结构设计研究

研究目的:目前我国重载铁路路基厚度的设计依据现行高速铁路路基设计规范,但重载列车与高速列车作用下路基的工作机理存在较大差异。为此,本文根据弹性理论建立轨道-路基三维有限元模型,分析不同荷载水平和基床结构形式下路基动应力分布和衰减规律,提出用动强度控制设计方法确定不同轴重下重载铁路路基基床厚度。研究结论:(1)重载铁路荷载条件下,由于需要考虑轮轴的叠加效应,路基动应力衰减速率明显减小;(2)依据现行重载铁路设计方法得到的路基设计厚度处的动应力与自重应力之比为0.3~0.5,不满足设计要求;(3)采用动强度设计原则,25 t轴重下的基床整体厚度为2.1~2.3 m,30 t轴重下的基床整体厚度为2.8~2.9 m,35 t轴重下的基床整体厚度为3.2~3.3 m;(4)该结论可为重载铁路路基基床结构设计提供参考。     

高铁有砟轨道软质岩路堑基床换填厚度分析

研究目的:软质岩路堑基床承载能力较低且易受环境影响,多采用优质填料换填处理,合理的换填厚度是保证基床具有良好服役性能的技术关键。因此本文以高速列车荷载引起的基床累积变形处于弱时间效应的缓慢稳定状态为控制目标,分析软质岩风化程度和抗软化能力对有砟轨道路堑基床换填厚度的影响规律,探讨高速铁路软质岩路堑基床结构合理的换填厚度。研究结论:(1)路基面承受的列车动力作用与轨道不平顺程度呈正相关性,服从正态分布模式;(2)软质岩路堑基床换填厚度随软质岩强度降低呈非线性增加趋势,受水影响程度中等的高铁有砟轨道软质岩路堑基床,在微风化下可按硬质岩处理,弱风化时仅需换填表层0.7 m,强或全风化条件则应加深换填至表层以下0.5～1.0 m;(3)建立的软质岩路堑基床换填厚度分析方法,对完善我国高速铁路基床结构设计技术及标准体系具有参考意义。     

严寒地区高速铁路全断面沥青混凝土防水封闭结构温度效应研究

我国接近1/3国土面积属于严寒地区。高速铁路路基采用水泥基材料进行局部防水封闭,存在大量结构缝,部分严寒区段防水失效引发冻害。沥青混凝土防水封闭结构具有全断面封闭防水性能,在高平顺性标准和60年使用寿命条件下,沥青混凝土封闭层在高速铁路结构体系中的工作状态复杂,其长期服役风险评估尚待研究。本文通过原位足尺模型试验和仿真分析,研究周期性温度效应作用下基床-沥青混凝土封闭层-无砟轨道结构体系受力变形的时空分布特征及演变规律。研究结果表明:温度效应是造成底座板结构缝处沥青混凝土层受迫拉伸的主要原因;在沥青混凝土表面底座板结构缝两侧铺设复合土工膜可有效改善沥青混凝土防水封闭结构的受力状态,显著降低其拉伸应变;当复合土工膜铺设范围为结构缝两侧各1. 2 m时,应变约减小60%。     

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。     

基于高速铁路路基冻胀的无砟轨道受力特征

研究目的:季冻区高速铁路路基冻胀变形较为普遍,局部冻胀变形会给无砟轨道受力带来较大影响,甚至有可能带来结构层开裂。为此,本文建立高速铁路无砟轨道-路基冻胀耦合计算模型,以路基冻胀变形曲线作为冻胀变形的输入条件,分析路基冻胀变形波长和幅值对不同类型无砟轨道结构受力的影响,同时对CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板凹槽限位优化为凸台限位方案以及下部设置沥青混凝土封闭层的影响进行分析。研究结论:(1)路基冻胀变形幅值越大,冻胀波长越小,无砟轨道结构层应力均越大;(2)双块式无砟轨道在路基冻胀下道床板和支承层应力较大,易产生开裂,不宜应用于季冻区;(3)底座板限位凹槽是CRTSⅢ型板式无砟轨道在基础冻胀变形下的受力薄弱环节,将其优化为凸台后,能够较大程度降低结构在基础变形下受力;(4)在CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板下设置沥青混凝土层时,轨道板及底座板应力均有降低趋势,沥青混凝土层弹模越低,应力降低幅度越大;(5)本研究结论可为基础冻胀变形控制标准的制定和季冻区高速铁路无砟轨道的选型提供参考。     

季节性冻土区高速铁路混凝土基床变形研究

路基冻胀问题是影响季节性冻土区高速铁路平顺性的核心问题之一,严重影响高铁运营质量和安全。混凝土基床是一种新型的高速铁路路基防冻胀结构,能够有效减少路基冻胀问题,但也存在其本身在季节性冻土区气候环境下的变形问题。使用顺序耦合热应力分析对混凝土基床开展仿真计算,分析其在不同长度、不同温度环境下的变形规律。研究结果表明:混凝土基床存在冬季两端翘曲现象,在极端条件下变形差可达4.8 mm,结构长度和环境气温均对变形有影响。     

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。     

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。     

重载铁路路基荷载条件及动力特性研究

研究目的:重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国的广泛重视。重载铁路路基基床受列车载荷作用影响最为显著,其厚度设计通常按列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比为0.2的原则确定。而分析轮轴力通过钢轨在轨枕上的荷载分担规律又是进行路基动应力计算的先决条件,因此分析列车荷载分担规律以及动应力在路基中的衰减规律是非常必要的。本文根据弹性理论建立轨道-路基有限元模型,进行不同荷载水平和基床结构形式下路基的荷载条件分析,求解路基面动应力分布和衰减规律,为基床厚度设计研究创建基础。研究结论:(1)轴重和基床结构形式不影响轨枕荷载分担规律,单轮轴作用时荷载由5根轨枕承担,双轮轴作用由8~9根轨枕承担,四轮轴作用由15根轨枕承担;(2)无论轮轴力作用于轨枕正上方还是两轨枕间的任何位置,其荷载分担比经Gauss函数拟合后的函数曲线形状、大小以及性质都保持不变,只随轮轴力的移动而移动;(3)单轮轴作用时,列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比均在0.2左右,基床厚度满足设计原则,但双轮轴、四轮轴作用时,列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比在0.3~0.5之间,基床厚度不满足设计原则;(4)该研究结论对重载铁路路基基床结构的设计具有指导意义。     

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。     

现代有轨电车短枕埋入式轨道路基优化分析

研究目的:为研究列车荷载作用下各关键影响参数对轨道路基结构的受力和变形影响规律,并获得轨道路基最优参数组合,本文通过建立有轨电车短枕埋入式轨道路基有限元分析模型,采用正交试验方法分析扣件刚度、轨道板厚度、支承层厚度、基床总厚度、基床压实指标K_(30)5种因素对轨道路基结构力学特性的影响,为弥补正交试验定量分析的不足,借助层次分析法确定各项评价指标权重系数,最终确定短枕埋入式轨道路基结构的最优参数组合。研究结论:(1)扣件刚度对钢轨位移影响最大,轨道板厚度对轨道板纵向弯矩和路基顶面动应力影响最大,基床压实指标K_(30)对基床顶面变形影响最大;(2)钢轨位移、轨道板弯矩、基床顶面位移和动应力的权重系数分别为0.085、0.583、0.043、0.289;(3)最佳轨道路基设计方案为扣件刚度40 kN/mm、轨道板厚度0.24 m、支承层厚度0.27 m、基床总厚度1.1 m、基床压实指标(K_(30))110 MPa/m;(4)综合运用正交试验和层次分析法可以将定性问题转换为定量问题进行求解,从而使得分析结果更加具有科学性和说服力;(5)本研究成果对有轨电车短枕埋入式轨道路基结构设计具有参考价值。     

换填法抑制季节冻土区铁路路基冻胀效果分析

以沈哈线路基A、B组填料为研究对象,采用室内冻胀试验,研究粉黏粒含量对其冻胀特性的影响.试验表明:路基填料的冻胀系数随粉黏粒含量增加而增加,且增幅逐渐增大;结合沈哈线路基基床厚度及沿线最大冻深,为保证路基不产生冻胀破坏,应确保换填用路基A、B组填料中不含有粉黏粒.采用非稳态相变温度场的数学模型和热弹塑性冻胀模型,进行沈哈线换填试验段冻土路基冻融过程温度场及冻胀应力、变形场计算分析.结果表明:天然地面下2m左右为冻融活动层,是诱发路基土体冻胀的主要因素;用非冻胀性A、B组填料换填基床厚度范围内的冻胀性土层后,路堤填筑土体无冻胀变形产生,路基中的拉应力(拉应变)区域外移到距离路堤坡脚4m以外的天然地表下土体,大大减弱了对路堤的破坏作用,计算结果与实际情况相符.     

寒区高速铁路路基冻胀数值模型及防冻胀措施

寒区高速铁路路基的冻胀融沉直接影响列车的高速、安全和平稳运行。基于非饱和土渗流和热传导理论,将冻土水分场和温度场耦合,建立冻土的水热耦合微分方程;基于土体冻胀为各向同性的体积膨胀并且与材料的热膨胀现象相似,建立路基的冻胀模型;由水热耦合微分方程计算含冰量,再通过水动力冻胀模型计算路基的冻胀变形。数值计算与实测的路基冻胀变形规律基本吻合,均在路基达到最大冻结深度且冻结层开始双向融化时产生冻胀峰值,验证了数值模型的有效性;运用建立的数值模型分别计算保温板路基、保温板+沥青混凝土路基和保温板+沥青混凝土路面+碎石路基在最强冻胀效应时刻的冻胀变形,保温板+沥青混凝土路面+碎石路基的冻胀变形最小(最大值为1.3mm),保温板路基的冻胀变形最大(最大值为3.2mm)。建议在寒区高速铁路采用保温板+沥青混凝土路面+碎石路基的结构以尽量减小路基的冻胀变形。     

兰新高铁军马场至民乐区间路基冻害原因分析及整治措施

兰新高铁兰州铁路局管段2014年冬季无砟轨道精测精调时发现K2 005~K2 030区间的轨道平顺性不能满足列车运营要求,其原因系路基发生冻胀所致。通过现场调查、试验研究、数据分析得出冻胀原因,并提出整治措施。(1)基床底层填料多为B组粗颗粒填料,其粒径小于0.075 mm的细粒含量为10.96%~21.46%,填料在水分、低温等不利条件作用下会发生冻胀或微冻胀造成高铁路基发生冻害;(2)该区段雨(雪)水、农田灌溉水等水资源丰润,水分将从路基边坡、天然护道、排水沟两侧等进入路基,造成路基体内水分较高,给冬季负温作用下发生冻胀提供了有利条件;(3)因路基填料与天然地基土热力参数的差异性,加之该区间海拔高、冬季温度低且低温持续时间长等环境因素影响,路基冻结深度达到2.5 m以上,大于该区土壤标准冻结深度;(4)由于该线已开通运营,通过修建渗水盲沟、反压及保温护道、隔水墙等措施消除或减小冻胀变形,以保证高铁正常运行。     

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、...     

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。