有改良层既有线过渡段承载特性及加固研究

既有线路桥过渡段存在的路基承载力不足的问题普遍存在,对其进行检测、路基承载性能评估对保证列车安全、平稳运行尤为重要。通过E_(vd)、动力触探及粘贴应变片等原位测试手段,对某既有线过渡段水泥改良表层而下卧软弱土层的路基构造承载特性进行研究,并对水泥挤密桩加固效果进行评价,得到结论:(1)路桥过渡段距桥台0~5 m区间是线路最薄弱环节,需重点加固保护;(2)基床表层水泥改良层厚度对路基承载力影响显著,轨下E_(vd)值远大于路肩E_(vd)值,最大差值高达45.79 MPa;(3)水泥挤密桩改善既有线路桥过渡段路基承载性能效果良好,加固后过渡段刚度显著增大,动土压力则明显减小。     

考虑颗粒破碎的高铁路基粗粒土填料循环压密本构模型

基于临界状态土力学基本原理,针对高铁路基粗粒土填料长期承受列车振动荷载特点,推导颗粒破碎与塑性功双曲线型经验关系式;考虑循环振次和应力比的影响,提出循环荷载作用高铁路基粗粒土填料颗粒破碎修正函数;依据经典塑性力学理论,修正得到能够考虑颗粒破碎的高铁路基粗粒土填料剪胀方程,进而建立循环荷载作用下半经验半理论的高铁路基粗粒土填料循环压密本构模型。采用向后欧拉法对本构方程进行离散,建立"弹性预测—塑性修正"数值算法,并进行程序二次开发,实现对循环压密模型的求解。通过与室内高铁路基粗粒土填料循环荷载三轴试验结果的对比,验证所建循环压密模型的准确性和适用性。该模型能够准确预测高速列车长期反复荷载作用下路基粗粒土填料的累积变形特性,且能够考虑颗粒破碎和应力比的影响,可用于计算分析高铁路基结构的应力和变形演化规律。     

弹射冲击荷载下重载铁路路基动应力特征

借助非线性分析程序ANSYS/LS-DYNA3D,建立重载铁路轨道—路基—地基三维显式动力分析模型,引入三维一致黏弹性人工边界,采用梯形脉冲荷载模拟弹射冲击荷载,分析150～600 kN幅值的弹射冲击荷载作用时重载铁路路基系统的动应力特征。结果表明:路基系统的垂向动应力随时间的变化规律与弹射荷载基本一致;不同幅值弹射荷载作用下路基动应力沿线路横、纵向均呈对称分布,且弹射荷载幅值越大,动应力沿深度的衰减规律越接近指数型衰减;幅值为600 kN的弹射荷载在路基中的影响深度约为道床顶面以下8 m;随着弹射荷载幅值的增大,路基动应力的轮对效应及道床层对钢轨动力的分担作用均越来越显著;路基的动应力峰值与弹射荷载幅值大致呈线性关系;为满足弹射荷载下路基动强度的要求,若路基基床表层、底层和路基本体的填筑材料分别选用A组填料、碎石类填料和细粒土填料,则当弹射荷载幅值为600 kN时,三者的地基系数K30的建议值分别取390,310和135 MPa·m~(-1)。     

循环荷载作用下路基粗粒土填料临界动应力和累积变形特性分析

粗粒土填料作为铁路路基核心层,直接承受行车荷载的反复作用,其在动载反复作用下的变形特性决定了路基工作性能,但目前对粗粒土填料在列车往复作用下的动力变形特性研究不多。为探究行车荷载对基床粗颗粒土动力变形特性的影响规律,进行一系列粗粒土填料持续振动条件下的大型动三轴试验,包括不同动应力幅值(模拟不同列车轴重)、不同围压(模拟不同埋深下的侧压作用)和不同含水率(模拟不同雨水环境)等多种情况。获得路基粗粒土填料的临界动应力和累积应变随围压和含水率变化的系列关系数据和变化规律。试验结果对重载铁路路基核心层的动力变形稳定性评价和基于动力变形控制的路基设计具有重要参考价值。     

循环荷载下级配碎石填料累积塑性应变及破坏规律研究

级配碎石作为重载铁路路基基床的核心填料,在大轴重列车循环荷载作用下的动力稳定性对于整个路基结构的服役性能至关重要。为探究循环荷载作用下级配碎石填料的累积塑性应变演变特征及破坏规律,以不同细粒含量的级配碎石为研究对象,开展一系列不同应力水平下的大型动三轴试验。试验揭示了细粒含量、围压、动应力幅值对该填料累积塑性应变及临界动应力的影响机制,并基于试验结果,提出不同深度级配碎石填料考虑细颗粒含量参数的临界动应力计算公式,明确了式中各参数的物理意义。研究成果有助于预测重载列车动力荷载作用下基床土体的变形,并对评价既有线路开行大轴重列车的适用性提供参考。     

既有线铁路路基基床评价与测试研究

研究目的:结合现场调查,采用轻型动力触探、K30 测试、Evd测试、瑞雷面波法等手段对白阿既有铁路路基基床进行测试,并对测试数据进行分析研究,对现有基床性状进行综合评估,得出提速后路基基床能否继续保持良好状态,研究结论为提速工程的设计和方案比选提供技术依据.研究结论:根据既有线调查、填料成分等,在考虑整体的同时进行既有线路基分段落评价,这样既可以减少数据离散带来的影响,提高评价结果的精度;对于运营多年的白阿铁路线路基基床,承载力和强度不合格处主要集中在基床表层0.0～0.6 m 和底层0.6～1.2 m 范围内,需要对该深度范嗣内填料进行重点测试评价;轻型动力触探有操作简单、适用性强的优点,但测试数据离散性较大,如何降低误差是今后需解决的问题;K30相对Evd需要投入大量人力、物力和时间,可以先对不同等级既有线路进行对比试验,探求两者之间的关系,采用Evd替代部分K30测试点以便于提高工作效率;物探瑞雷波速测试法与轻型动力触探法相结合,可以准确揭示路基基床承载力及强度不满足要求的位置和范围,对既有路基基床的现状作出评价.     

重载铁路水泥改良膨胀土路基动力特性数值研究

相比普铁与高铁而言,列车动载作用下重载铁路路基的动力特性更突出。依托浩吉重载铁路工程背景建立"列车-有砟轨道-基床-地基"三维数值模型,对不同荷载条件下重载铁路水泥改良膨胀土路基的动力特性进行分析。同时,结合室内动三轴试验,获取水泥改良膨胀土填料临界动应力,并建立填料累积变形经验模型,综合"强度-变形"指标对重载铁路水泥改良膨胀土路基的长期动力稳定性进行评估。结果表明:路基动应力受轴重影响敏感性大于车速,轴重25～30 t重载列车动载作用路基面动应力是预留客运列车作用时的1.2倍;不同列车荷载作用下重载铁路改良膨胀土路基的动应力沿深度逐渐衰减,动力影响深度是基床设计厚度(2.5 m)的1.2～1.6倍,但影响范围内路基动应力水平远小于填料临界动应力范围,说明路基动强度稳定满足要求;结合动三轴试验"应变-振次"稳定性曲线,建立考虑振次、应力水平等多因素的水泥改良膨胀土填料累积变形经验模型,预测400万振次基床表面累积变形为5.5～6.5 mm,其中前150万振次累积变形量占比达85%以上,说明路基动变形稳定满足要求;数值结果与文献测试数据吻合,验证模型的合理性。     

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。     

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.     

地铁隧道下卧土体动力特性模型试验研究

研究目的:地铁车辆动荷载的长期作用会使隧道产生不同程度的沉降,对其运营稳定性产生不利的影响,对于饱和软土地层条件,隧道的沉降更为明显。开展动荷载作用下地铁隧道下卧土体的动力稳定性研究,有助于正确认识地铁运营荷载对周围土体的影响,并为隧道周围土体的加固提供依据。研究结论:通过分析盾构隧道的运营受力特征,设计了物理模拟试验系统,对地铁盾构隧道下卧粉质黏土的动力特性进行了研究,分析了不同荷载幅值、不同频率条件下隧道下卧粉质黏土的动力响应特性,并对动荷载作用下隧道的沉降特征进行了分析。试验结果表明,盾构隧道下卧粉质黏土在动荷载的作用下,土体的动力响应随距离的增加而衰减,且距离隧道越近衰减趋势越明显。动荷载峰值越大,隧道沉降越大;荷载峰值相同、振动次数一定时,荷载振动频率越低,隧道的竖向沉降越大。     

重载铁路路基粗粒土填料回弹特性试验研究

粗粒土填料广泛应用于重载铁路路基基床层,填料的物理和应力状态对重载铁路路基的回弹特性有重要的影响.为研究粗粒土填料在列车循环荷载作用下的回弹特性,开展一系列循环荷载作用下的大型动三轴试验,分析粗粒土填料在不同含水率、动应力幅值、循环振次、围压条件下回弹模量的变化规律.结果表明:饱和稳定试样,回弹模量约在1 000圈左右...     

循环荷载下重载铁路路基累积动应变分析

研究目的:基于山东东营某重载铁路路基工程,以重载铁路路基为研究对象,通过一系列循环振动三轴试验,探究在氯盐侵蚀和循环振动荷载双重因素耦合作用下重载铁路路基的累积动应变发展变化规律,进一步揭示路基土体变形影响因素及其规律。研究结论:(1)循环振动荷载作用下,土体累积动应变随着循环振动次数的增加而不断增大;(2)不同的动应力比下,累积变形曲线呈现出稳定型、临界型和破坏型三种类型;(3)干密度越大,土体抵抗变形的能力越强,累积动应变发展速率越小,临界动应力比越大;(4)土体的累积动应变发展速率随含水率、含盐量和振动频率的增大而不断加快;(5)围压和含水率均可以改变土体累积动应变的发展类型,随着围压的增加,路基的变形速率降低;(6)该研究成果可为重载铁路路基设计与施工提供参考。     

软土地基硬壳层对路堤工程特性影响的研究

对于修建在软土地基硬壳层上的路堤,经过硬壳层的应力扩散后,施加到软土层顶面的附加应力会大大减小.采用非线性有限元数值计算方法,研究了路堤荷载作用下硬壳层刚度、路堤高度以及软基厚度对硬壳层软土地基变形特征,以及硬壳层应力扩散效果的影响.     

公路路基工作区深度和路基压实的探讨

分析了路基在自重和荷载作用下的受力状态,阐明了公路土质路基工作区的深度和公路路面结构层当量厚度的计算方法,结构层厚度对路基工作区的深度具有较大影响,结构层越厚,公路路基中工作区深度越小。示例结合尼日利亚的典型路面形式,计算路基工作区深度和路面当量厚度,探讨工作区范围内的路基压实控制,以及路基压实规范在尼日利亚的适用性。对于天然土基不适合做填料时,应先计算此段路基的工作区深度,并以此为依据控制换填深度。根据工作区深度,编制工作区范围内的压实控制表格,做好路基填筑规划,并以此控制施工,可确保路基施工具有较好的质量和路基稳定性,在路基施工中具有一定的指导意义。     

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。     

高铁复合结构路基荷载传递及沉降数值模拟

研究目的:高速列车运营荷载作用将导致复合结构路基产生沉降。由于高铁对路基沉降要求高,复合结构路基的荷载传递和沉降变形规律值得工程界关注。为研究高铁复合结构路基荷载传递以及沉降变形规律的影响因素,本文建立高速铁路复合结构软土路基三维有限元分析模型,将高速铁路列车运行荷载简化为均布荷载作用于轨道板以下的路堤顶面,分析桩长、桩间土模量和下卧层模量对桩身轴力分布、桩土应力比以及路基沉降的影响规律。研究结论:(1)桩身轴力随桩长增加而增大,路基沉降则明显减小;在不同桩长下,桩土应力比沿桩身距离路基中心水平方向位置的变化均表现为先增大再减小的趋势,10 m、12.5 m、15 m和20 m桩长下桩土应力比稳定值分别为6.8、10、13和17;(2)桩身轴力随桩间土模量增大而减小;在不同桩间土模量下,桩土应力比随桩身距路基中心水平位置的偏移先稳定后增大再减小,10 MPa、30 MPa和50 MPa桩间土模量下桩土应力比分别为30、12和7;(3)下卧层模量增大使桩端摩阻力增大,桩身中性点位置向下偏移;桩土应力比随水平位置偏移的变化规律同样是先增大后减小,下卧层模量增大能使桩的沉降明显减小,但对路基总沉降影响不大;(4)该研究结论可为高铁复合结构路基及类似工程设计和施工提供理论参考。     

声波测试法在铁路路基测试中的应用

通过采用声波测试法对既有线铁路路基进行测试,并结合现场地质调查及便携式可变能动力触探测试结果,对铁路路基承载力状况做出快速评价,为既有线路路基检测提供一种快速有效的测试方法。     

粒料桩加固的软土地基上填筑路堤的稳定分析

用粒料桩加固地基的方法,一般采用碎石、砂砾、废渣、砂等散粒材料挤压入土中,形成较大直径的桩体,与地基土共同形成复合地基来提高承载力。高速公路的路基一般较宽,填筑路堤后形成的附加压力影响较深,粒料桩处理后的各土层的承载力有较大的差异,硬壳层的复合地基承载力较大,饱和软土层的复合地基承载力明显低于硬壳层。因此软土层的承载力往往决定路基的承载能力,甚至有可能因粒料桩处理效果不好,而造成路堤发生沉降过大和滑移现象。文章结合某粒料桩加固后的高速公路填筑路堤滑移实例,分析不同的硬壳层厚度、路堤填筑高度和粒料桩成桩深度对路堤边坡稳定性的影响。     

浙赣线提速路基基床承载力评估及加固措施

首先根据路基不同深度处的动应力衰减规律和浙赣线既有路基状况,提出了路床土强度控制条件为:基床表层0~0.3m和0.3~0.6m应分别满足160kPa和110kPa的承载力要求,并采用轻型动力触探(N10)对基床土承载力进行了检测和评估,结果表明,不满足基床土强度控制条件地段约占非改线全段的20%。其次,根据基床土承载力检测结果和基床土填料情况,提出了土工布封闭结合土工格室、换填的加固方法,而换填厚度取决于承载力大小和选取用的格室高度,为浙赣线200km/h提速改造提供了依据。     

既有提速线路路基基床试验与评估研究

结合海南西环线提速改造工程,应用基本承载力、地基系数和轻型动力触探原位测试技术及颗粒分析试验方法,对以砂类土为主的既有线路基基床进行试验与评估研究,探讨分析评估方法和指标,为既有线提速改造路基工程的设计施工提供依据.