表观密度对聚氨酯泡沫固化材料力学性能的影响

为深化聚氨酯固化道床的研究,通过调整用水量控制聚氨酯泡沫固化材料的表观密度,研究表观密度对聚氨酯泡沫固化材料拉伸性能、撕裂性能、压缩性能和黏结性能的影响,并利用扫描电子显微镜观察聚氨酯泡沫固化材料的泡孔结构。结果表明:聚氨酯泡沫固化材料的表观密度直接影响其泡孔结构,随着表观密度的增加,泡孔数量及大孔数量均减少,而其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、压缩强度均呈线性增加,黏结强度逐渐增大。因此,综合考虑技术性和经济性,对碎石道床承载力和稳定性有更高要求的重载铁路而言,宜采用表观密度为165~200kg·m-3的聚氨酯泡沫固化材料;聚氨酯泡沫固化材料能够与混凝土和道砟石良好黏结,且相同表现密度下聚氨酯泡沫固化材料与混凝土的黏结强度高于其与道砟石的黏结强度。     

道砟清洁度对聚氨酯固化材料力学性能的影响

采用石粉、煤粉、黏土和机油模拟道砟中的脏污材料,研究脏污材料含量对聚氨酯固化材料与道砟的黏结性能以及固化材料与道砟固结体力学性能的影响,并对黏结界面聚氨酯固化材料的微观形貌进行了分析。结果表明:随着道砟中粉体脏污材料含量的增加,聚氨酯固化材料的黏结强度逐渐降低,粉体脏污材料含量不超过0. 6%时其对聚氨酯固化材料与道砟固结体的力学性能影响不大,与粉体脏污道砟黏结时固化材料的黏结破坏为本体断裂;与粉体脏污材料相比,机油对聚氨酯固化材料黏结性能以及固结体力学性能的影响较大,与油污道砟黏结时固化材料的黏结破坏为界面断裂,且在压缩循环荷载作用下固结体残余变形量较大。综合考虑固化材料的黏结性能、灌注性能和固结体力学性能,道砟中粉体脏污材料含量不宜超过0. 6%,且不宜含有机油。     

无砟轨道结构抬升用高聚物注浆材料剪切黏结性能研究

为了研究高聚物注浆抬升后无砟轨道结构的稳定性,通过无砟轨道结构实尺模型抬升试验,揭示了高聚物注浆材料的扩展形态及固结体的密度分布规律,并模拟高聚物注浆材料与支承层混凝土的黏结,研究了高聚物注浆材料固结体的剪切黏结性能及压缩性能。结果表明,高聚物注浆材料在无砟轨道下方呈椭圆形扩展,与支承层混凝土形成良好黏结,距抬升孔越近固结体密度越高;随着固结体密度的增加,固结体的压缩强度及剪切黏结强度均逐渐增加,固结体的弹性模量和剪切黏结模量略有增大;固结体的压缩和剪切黏结强度明显高于级配碎石,但弹性模量和剪切黏结模量与级配碎石相当,这确保了服役中高聚物注浆材料固结体能够与级配碎石同步变形、协同受力,保证了抬升后无砟轨道结构的稳定性。     

反压成型高聚物注浆材料膨胀特性及其固结体力学性能研究

为深入研究用于高速铁路无砟轨道结构沉降修复的高聚物注浆抬升技术,模拟无砟轨道结构抬升时的重力反压作用,研究反压成型高聚物注浆材料的膨胀特性及其固结体的力学性能,并利用扫描电子显微镜分析固结体的泡孔结构。结果表明:在反压成型条件下,高聚物注浆材料在起发时间以前(0~10s)的膨胀力基本为零,在起发至表干时间(10~20s)其膨胀力迅速增大,在表干时间之后(20s以后)其膨胀力基本趋于稳定;随着高聚物注浆量的增加,高聚物注浆材料的膨胀力增大、其固结体的密度增加、泡孔占有的体积减少、固结体的压缩强度和弹性模量呈线性增长;通过调整高聚物注浆材料的注入量,可以为不同约束阻力的无砟轨道结构提供足够的抬升力;服役中反压成型高聚物注浆材料固结体的受力处于弹性阶段,且固结体的弹性模量与基床表层级配碎石的弹性模量相当,可与级配碎石协同受力。     

侵蚀抑制材料对高速铁路无砟轨道现浇混凝土抗冻融性能影响及作用机制

针对北方地区无砟轨道现浇混凝土冻融破坏问题,对比了不同掺量侵蚀抑制材料对混凝土抗冻性能的影响,同时对无砟轨道现浇混凝土抗冻提升机制进行了分析。结果表明：侵蚀抑制材料改善了无砟轨道现浇混凝土的疏水性能,降低了混凝土吸水率,提升了混凝土抗冻性能;当侵蚀抑制材料掺量为20 kg/m3时,侵蚀抑制材料对无砟轨道现浇混凝土的抗冻性能提升效果最为显著,混凝土盐冻剥落质量可以降低52.7%;当侵蚀抑制材料掺量为40 kg/m3时对混凝土抗冻性能具有一定的负面作用。侵蚀抑制材料可以影响无砟轨道现浇混凝土内气泡的分布和大小,进而影响无砟轨道混凝土抗冻融性能。     

聚氨酯固化道床用聚氨酯材料使用寿命预测

聚氨酯固化道床中聚氨酯主要原材料有异氰酸酯、多元醇和催化剂,固化道床的耐久性要求聚氨酯固化材料经干热老化、湿热老化和紫外线老化后其拉伸强度和断裂伸长率保持率在70%以上。老化试验结果表明:聚氨酯固化道床用聚氨酯泡沫材料在多种严酷环境下均具有优异的耐老化性能,并能长期保持综合性能的稳定。基于人工加速湿热老化试验数据,采用时温叠加方法估算出聚氨酯固化道床用聚氨酯材料的使用寿命可达45.2年。     

高速铁路飞砟防治专用聚氨酯适用性研究

研究目的:道砟飞溅是高速铁路有砟道床面临的重要问题,为防治飞砟,本文针对5种低强度防飞砟专用聚氨酯,提出一种可捣固的道床全断面表层固化方案。根据道床纵、横向阻力试验判定喷涂聚氨酯对道床的加固作用;根据风洞试验判定防飞砟性能;根据捣固测试判定可捣固性能;根据单轴无侧限压缩试验判定聚氨酯固化强度增长特征。研究结论:(1) 1号至5号聚氨酯(强度分别为1. 38 MPa、3. 70 MPa、5. 30 MPa、14. 20 MPa、27. 40 MPa)固化后,道床纵向阻力相比固化前提升约6%～16%,道床横向阻力提升约9%～17%,对道床稳定性起到了有效的提升作用;(2)采用强度最低的1号聚氨酯固化时,道床在30 m/s风速(相当于350 km/h列车通过)下并未产生道砟位移情况;(3)除5号聚氨酯强度稍大,捣固时破坏了一定数量的周围粘结,其余4种均可正常完成捣固维修,根据对比分析选取4号聚氨酯为最优;(4) 4号聚氨酯完全硬化需要7 d,可在喷涂1 d后达到最终强度的69%,2 d后达到88%;(5)本研究结果对时速350 km及以上有砟道床结构选型、养护维修具有参考意义。     

预制装配式聚氨酯道床结构研究

提出1种新型预制装配式聚氨酯固化道床结构,依据所提出的设计及施工方案,在国家铁道试验中心建立世界首条预制装配式聚氨酯固化道床试验段,并对预制装配式聚氨酯固化道床、现浇式聚氨酯固化道床结构、普通无砟道床3种轨道结构的静动力特性进行对比试验研究。结果表明:在没有大型养路机械稳定作业的条件下,预制装配式聚氨酯固化道床的纵、横向阻力分别为16.2和13.5kN,具有足够的静态稳定性;在总体轨下结构动位移中,扣件与道床所占的比例约为1∶1,轨下结构刚度匹配合理;预制聚氨酯固化道床结构具有突出的减振效果,分频最大减振效果为29.6dB,对应中心频率为50Hz。     

复杂环境下地铁基坑爆破开挖减振试验研究

结合厦门地铁工程实际,为研究如何设置爆破区与被保护建筑物之间的减振孔,在爆破区选择一块场地对有无减振孔试验进行振动测试,对采集的数据进行拟合分析计算,得出该场地地层振动速度衰减规律和减振规律。研究结果表明:减振孔的排数与减振效果呈线性正相关,减振孔有效降低了振动强度,减小了对周围建筑物的损害,随着爆心距的减小,减振效果也更明显。     

浮置板轨道系统动力响应分析

研究目的:随着交通密度的不断增加,荷载不断加重,车速不断提高,交通引起的振动对城市生活环境和工作环境产生极大的影响,交通引起的振动已经成为环境公害。浮置板轨道系统具有良好的减振性能,因而在工程中获得了广泛的应用。研究方法:建立浮置板轨道结构双层连续弹性梁模型,用傅里叶变换法并且借助MATLAB软件编制程序求得了轨道结构的振动响应,得到了传递到地面的最大激振力与激振频率的关系曲线,分析了浮置板弹性支撑刚度、阻尼及浮置板的单位长度质量对浮置板轨道系统减振效果的影响。研究结果:得到了浮置板弹性支撑刚度的合理取值范围为6~30 MN/m,浮置板支撑阻尼的合理取值范围为40~80 kN.s/m,及浮置板的单位长度质量的合理取值范围为2 000~4 000 kg/m。研究结论:浮置板轨道系统对较高激振频率的振动有很好的减振效果,浮置板弹性支撑刚度的取值越小浮置板减振效果越好。     

重载铁路100 m长75 kg/m钢轨 普通平车装运方案研究

增加钢轨定尺长度可以减少钢轨焊接接头数量,降低焊接成本,提高重载铁路运行平稳性、安全性和可靠性。随着钢轨轧制技术的升级,重载铁路75 kg/m钢轨的定尺长度由75m增加至100m。为解决此类钢轨的运输问题,从车辆及座架安装位置、装载加固装置方面设计普通平车装运方案,计算车辆承重、横向力、座架结构强度及钢轨加固强度。通过现场试验,测试装运方案的装载加固性能、车辆承重、车辆动力学性能、地面小半径曲线和道岔轮轨动力响应,比较分析100 m长75 kg/m钢轨普通平车装运方案的经济效益。理论和试验结果均表明,提出的装运方案满足实际运输要求。     

地铁基坑爆破中减振孔的降振效果实测研究

结合某地铁工程实际,在爆破区与受保护区之间合理布置减振空孔,孔径、孔深和孔距根据实际需要调整,对现场有无减振孔爆破进行振动测试,对采集数据进行拟合分析计算,得出本工程减振孔的减振规律。研究结果表明：减振孔的最大减振率达到22.4%,降低了振动强度,减少了对近区周边构筑物（如地下连续墙）的损害;随着爆心距的增大,减振效果越来越差,在远处时几乎与无减振孔最大振速一致。     

聚氨酯减振垫与橡胶减振垫浮置板轨道振动控制效果分析

为了研究两种不同材料减振垫浮置板轨道的减振效果,以深圳某新建地铁线路隧道段为研究对象,测试了60 km/h的速度下聚氨酯减振垫轨道、橡胶减振垫轨道和普通道床轨道的振动响应,通过引入铅锤Z振级进行综合评价,分别在时域和频域内对两种减振垫轨道、普通道床轨道的振动特性进行对比分析,结果表明:(1)两种减振垫浮置板轨道结构均在10 Hz左右发生共振;(2)两种材料减振垫轨道在40 Hz范围内都没有减振效果;(3)聚氨酯减振垫相比橡胶减振垫减振效果更好,且减振频域更宽。     

济青高速铁路聚氨酯固化道床的动力特性测试分析

为验证350 km/h高速列车运营条件下聚氨酯固化道床的安全性、振动特性以及道床表面风场分布规律,在济青高速铁路开展了340～385 km/h逐级提速试验。测试结果分析表明:350 km/h高速列车运营条件下聚氨酯固化道床的行车安全性指标满足要求;相比于无砟轨道结构,聚氨酯固化道床具有更好的减振效果,在Z记权条件下其插入损失约为9.4 dB;线路中心正负风压变化最剧烈,是线路横断面中最容易发生道砟飞溅处。     

灰色理论非等间距GM(1,1)模型在土压平衡盾构废弃泥浆固结体强度预测中的应用

在土压平横盾构施工过程中,将产生大量的废弃泥浆,如不能正确、有效地处理这些废弃泥浆将造成重大的环境污染与施工成本的升高。对这些废弃泥浆进行资源化处理是解决环境污染、降低施工成本的关键出路,其固结物的强度指标是评判这些产品质量高低的关键指标之一。为了减少养护时间与养护用地,需要应用这些固结产物的早期强度值来预测其长期强度值,以判断这些产品的质量。针对某市地铁1号线施工现场土样固结试验的强度测试结果,应用灰色理论非等间距GM(1,1)模型预测理论进行长期强度的预测分析,获得了较好的效果。通过分析研究结果可知:1)砂质废弃泥浆固结体的强度值普遍要大于黏质废弃泥浆固结体的强度,在早期强度方面,两者相差不大,但长期强度相差比较大;2)砂质废弃泥浆固结体实测数据的强度拟合曲线与预测数据的强度拟合曲线重叠得都比较好,而黏质废弃泥浆固结体的强度拟合曲线则重叠得不是很好,两者的相对误差比较大,特别是长期强度方面误差更大;3)砂质固结体与黏质固结体养护21 d时强度比较接近,并且都大于1.4 MPa(砂质)与1.3 MPa(黏质)。     

兰新高铁穿越长城段减振型无砟轨道减振垫合理刚度研究

减振型轨道结构是控制文物振动的有效措施之一,然而,高速铁路中减振型轨道结构尚无成熟应用经验。结合兰新高铁穿越长城段项目建设功能需求,在明确长城体水平振动速度、钢轨垂向振动加速度及钢轨垂向位移等评价指标及限值基础上,采用仿真分析法开展了减振型无砟轨道减振垫刚度变化对各评价指标影响分析,分析表明:(1)长城体水平振动速度随着减振垫刚度增加而增大;(2)钢轨垂向加速度随着减振垫刚度增加而变化不大;(3)钢轨位移随着减振垫刚度增加而减小;(4)列车运营、轨道结构服役性能及长城体保护需求的减振垫刚度应介于40~166.7 MPa/m。兰新高铁工程实施采用46 MPa/m刚度减振垫,实车测试及工程应用表明:研究成果工程应用同时满足了高铁安全、平顺、舒适性和长城体高减振性能需求。     

纳米二氧化硅石灰固化黄土的物理力学性能及微观性质

以纳米二氧化硅(Nano-SiO₂)石灰综合固化的黄土为研究对象,通过标准击实试验、回弹模量试验、CBR承载力试验,研究了Nano-SiO₂掺量和养护龄期对固化黄土最大干密度、最优含水率、静回弹模量及CBR等物理力学性能的影响,并通过扫描电镜测试了固化黄土的微细观结构。结果表明：Nano-SiO₂石灰综合固化黄土随着Nano-SiO₂掺量的增加最优含水率逐渐增大、最大干密度减小,固化黄土的回弹模量和CBR随Nano-SiO₂掺量的增加而增大、随养护龄期的延长不断增长,养护前期(7～28 d)固化黄土的强度增长速度快、后期强度增长速度变慢;扫描电镜结果显示,Nano-SiO₂的掺入改善了土颗粒的团聚方式、填塞了土颗粒间的孔隙,从而达到了提高黄土强度和改善稳定性的效果。     

炮孔填塞材料对岩石爆破的影响模拟分析

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟分析了无填塞、填塞聚氨酯和填塞炮泥3种工况下填塞材料对岩石爆破效果的影响规律。结果表明:与无填塞相比,炮孔填塞后岩石爆破效果更好;填塞聚氨酯和填塞炮泥均可以降低冲击波在岩体内的衰减速率,延缓爆炸气体的散失,增强爆破岩石内部爆炸气体对岩石的气楔作用,使岩体爆破更加完全;炮孔填塞聚氨酯时岩石所受压力峰值比填塞炮泥时大,应力作用时间更长,爆破效果更好。     

LC60级高强自密实轻骨料混凝土配制技术

分别选用堆积密度为500,600,700,800 kg/m~3的页岩陶粒作为轻骨料,通过调整水胶比控制浆体强度,预湿骨料确保混凝土工作性能,添加高分子增稠剂增加轻骨料的稳定性,配制出湿表观密度为1 900 kg/m~3的自密实轻骨料混凝土,并测试了其中陶粒与浆体界面过渡区的显微硬度。结果表明:自密实轻骨料混凝土抗压强度随页岩陶粒堆积密度增加而增加,随水胶比增大而降低,且受页岩陶粒预湿时间影响;配制LC60级高强自密实轻骨料混凝土宜选用800 kg/m~3的页岩陶粒,水胶比不宜高于0.29,预湿时间宜在1 h左右;高分子增稠剂可在不改变轻骨料混凝土流动性能的情况下提高浆体的屈服应力,抑制轻骨料的上浮,提升轻骨料的分布均匀性;与相同强度等级的普通混凝土相比,LC60级高强自密实轻骨料混凝土中陶粒与浆体界面过渡区显微硬度更高,耐久性能更好。     

交通荷载诱发振动传播规律和减振控制

为探究钢轨弹性包覆材料对减小轻轨电车诱发地面环境振动的效果,在采用适合的列车移动荷载模拟方法和合理设置模型参数后,运用ANSYS有限元分析软件建立不同工况下的轨道-地基土结构三维模型,分析在模拟环境下轻轨电车以30 km/h运行产生的环境振动,进行时域分析、竖向振级分析和1/3倍频程分析,并与实测数据进行对比。结果表明:关于列车移动荷载模拟方法,实测分析法获得的模拟数据更贴近实测值;在距轨道中心线8 m内双块式钢轨包覆材料的减振效果最好,当距离超过8 m后不同钢轨包覆材料的减振效果不明显;钢轨弹性包覆材料对于抑制低频环境振动有较好的效果,对于抑制高频振动效果较差,截面形状对于材料的减振性能有较大影响。