道砟生产工艺对道砟针片状指数和生产成本影响的分析

铁路碎石道砟的质量直接影响铁路线路稳定性,对高速车辆运营的安全性和舒适性有较大影响.道砟针片状指数是道砟生产质量的主要指标之一,本文通过对铁路碎石道砟生产工艺的分析,探讨提高道砟生产质量,降低碎石道砟生产成本的方法.     

道砟压实质量与颗粒运动关联特征及内在机制研究

级配较为均匀的道砟其捣固(压实)质量对铁路有砟道床的服役性能起着至关重要的作用.然而,目前尚无统一的标准或规范可用于指导和控制道砟捣固(压实)参数选择,传统的路基填料压实也未能考虑散体颗粒的自组织行为和细观运动特征等.基于正交设计方案开展缩放道砟级配的室内旋转压实试验,在试样的不同位置预置了新型智能颗粒传感器用于监测旋转压实过程中颗粒的运动参数,揭示道砟压实质量与颗粒运动参数的关联特征,从颗粒细观运动角度探究压实机理,提出考虑颗粒细观运动特征的压实度控制新指标.研究结果表明:智能颗粒传感器可用于测量旋转压实过程中粗颗粒的细观运动参数;3个方向的相对旋转模式与旋转压实过程中试样干密度和高度的变化直接相关,据此可将压实过程分为初始压实、旋转压密和稳定压密等3个阶段;试样上部位置处智能颗粒传感器的相对转角可作为新的压实度控制指标.研究成果有望为铁路道砟的室内外压实技术选取和压实质量控制提供技术参考和指导.     

基于最小投影的离散元道砟模型的粒径识别

道砟颗粒形状和粒径级配对道砟道床沉降和变形有重要影响,因此采用离散元法研究道砟道床沉降问题时,需要建立反映道砟颗粒形状的模型,并合理评估颗粒模型的大小。本文利用计算几何凸包理论,建立了随机凸多面体,以模拟道砟颗粒的形状;提出了基于最小投影矩形包围面的粒径评估方法,对道砟颗粒模型的粒径大小进行了分析,并基于道砟颗粒模型的包围长方体,分析了道砟颗粒模型的针状和片状情况。分析结果表明:随机多面体道砟颗粒模型能够较好地模拟道砟颗粒形状;采用最小投影矩形包围面的评价方法能够真实地反映多面体道砟颗粒模型的粒径,该评价方法比等效粒径评价方法更精确;利用道砟颗粒模型包围长方体的数值判别方法,能有效识别随机道砟颗粒模型的针片状情况,控制针状颗粒和片状颗粒的数量。     

单一粒径组碎石道砟颗粒破碎规律试验研究

道砟颗粒破碎会影响路基的力学行为和服役性能。为定量分析颗粒形状、粒径、冲击荷载三者对碎石颗粒破碎的影响，选用单一粒径组安山岩碎石道砟颗粒，进行颗粒破碎试验研究。研究结果表明：颗粒破碎比B_g可用于定量分析道砟的颗粒破碎规律；道砟形状是控制其破碎的主要因素，片状颗粒和针状颗粒在试验中的平均质量损失率高达40%;而块状颗粒的破碎主要以磨损为主，质量损失率低于4%;颗粒破碎指标B_g和冲击荷载能量存在良好的线性关系；颗粒破碎过程可以划分为空间调整、接触破碎及平衡稳定三个阶段。     

中俄铁路碎石道砟物理性能指标技术标准的对比研究

根据中俄铁路碎石道砟标准,对道砟物理性能指标及试验进行对比研究,得出如下主要结论:(1)中俄两国铁路线路条件、气候及道砟资源存在差异,故制定指标的侧重点不同;(2)中俄两国对集料冲击韧度试验的计算指标不同,俄罗斯标准对颗粒粉碎状况的反映不如我国试验精确、全面;(3)中俄两国道砟试验所用筛网尺寸、形状均有差异,我国试验仅采用方孔筛,俄罗斯试验兼用方孔筛和圆孔筛,这些差异会影响试验结果;(4)俄罗斯道砟试验所用样品与建设所用道砟针片状指数相同,我国标准将试样针片状指数控制在5%以内,以便对比母材差异;(5)我国硫酸钠溶液浸泡损失率试验的循环次数与当前试验循环样本浸泡质量损失率无关,俄罗斯试验最终循环次数与当前试验循环的样本质量损失率相关;(6)俄罗斯标准对道砟电导率、天然放射性核素比活度、玄武岩集料冲击韧度试验后,经煮沸处理的样本质量损失率等有特殊要求。     

客运专线铁路有砟道床施工技术标准

在简述客运专线铁路有砟道床施工方法的基础上,着重介绍客运专线铁路有砟道床断面设计、碎石道砟标准和施工质量控制标准,为客运专线铁路铺轨技术实践的完善提供参考。     

高速列车作用下道床表面风场特性研究

道砟飞溅严重威胁高速铁路行车安全,其受道床表面风场特性影响明显。本文采用计算流体动力学方法,建立精确考虑轨道和车底外形的精细化仿真模型。基于验证后的模型,研究道床表面风速/风压空间分布规律,拟合分析行车速度、道床面高度和砟肩堆高对流场特性的影响,给出飞砟防治建议。研究结果表明:轨枕顶面和道心处风速/风压值较大,易发生道砟飞溅;轨道表面风压幅值与车速的平方成正比,与道床面高度、砟肩堆高成线性关系;若道床面高度、砟肩堆高均降低50mm,道床表面风压幅值将分别降低29.4Pa和9.7Pa,降低道床高度的效果更明显;道砟颗粒上、下表面压差是道砟飞溅发生的根本原因,可通过控制道床表面风压幅值、提高表层道砟稳定性等措施避免道砟飞溅。     

真实道砟颗粒的离散元建模及惯性特性优化

道砟颗粒外形及其惯性特性的模拟是进行有砟道床力学分析的基础。本文基于CT扫描技术提出一种可重复获得唯一道砟颗粒模型的离散元建模方法,该方法由基本球体最小半径Rlim和有效空间系数K控制,利用基本球体单元重叠组合模拟道砟颗粒的外形,计算程序与起始网格节点和计算顺序无关;选取关于质心的惯性张量作为优化目标,对基本球体进行差别分配密度,优化模型惯性张量;最终实现真实道砟颗粒的外形建模和模型惯性张量优化。分析结果表明:该建模方法和惯性特性优化能够满足道砟材料数值模拟计算的基本要求。     

高速铁路有砟轨道道砟飞溅的研究与防治

通过总结高速铁路有砟轨道道砟飞溅现象产生原因和影响因素,阐述并剖析防治道砟飞溅的方法与措施,结合法国高速铁路防治道砟飞溅经验,提出防治道砟飞溅的措施:采用洁净道砟、增大道床表面道砟粒径、降低轨枕槽内道砟高度、清扫轨枕表面散砟等.通过以上措施可防止高速有砟铁路道砟飞溅现象的发生,同时指出今后可利用离散单元软件与流体软件耦合对道砟飞溅进行仿真研究.     

道砟垫长期使用后质量特性研究

1983年修建慕尼黑的"Gasteig"文化中心时,在临近的铁路线上安装了SylomerB 851道砟垫来保护文化中心免受结构噪声的影响。经过30年共计13亿t轮载荷载作用之后,为检测道砟垫的长期效果,在实验室中和铁路上分别对该道砟垫的质量特性展开了深入测试。检测结果发现道砟垫仍能满足安装时设定的严格的结构噪声降低要求。与安装时的测量结果相比,测得的特性(静态/动态)只发生了细微变化,因此可以肯定的说,道砟垫还能够再有效使用30年。     

地铁车辆段有砟道床曲线整正技术研究

基于工程实例,提出一种基于最小方差原理的拨道量优化算法,以更有效地控制曲线正矢。研究道砟捣固作业对线路稳定状态的影响,总结提出道砟捣固质量控制措施。从传统简易拨道算法和拨道量优化算法在现场实际施工中的应用来看,传统拨道算法对轨向不平顺的控制不稳定,受人为计算因素影响大,计算次数多;而拨道量优化算法基本只需要一次计算就能达到较为理想的效果。采取合理的捣固质量控制措施有助于保持轨道短期稳定,延长平面曲线劣化周期,轨道状态的长期劣化趋势也优于普通拨道捣固作业。     

采石场道砟破碎筛分工艺改进技术研究

结合昆明、柳州、上海和北京等10个铁路局的道砟生产质量抽查结果,针对抽查中问题较多的道砟生产工艺进行了研究,提出了科学合理的石材破碎筛分工艺,并建议使用双层方孔编织振筛机,建议推广机械式回笼破碎筛和湿式除尘等先进生产工艺。     

隧道洞渣在铁路新型预制聚氨酯固化道床中的应用

隧道建设中产生大量洞渣,如果都作为弃渣处理,不但花费高昂的处置费用,还会对生态坏境造成破坏,如处置不当,还会造成泥石流等自然灾害。铁路有砟轨道中道床大量采用道砟,但我国铁路明确规定洞渣加工成的道砟不得在客运专线正线上使用。新型预制固化道床是在密实道砟单元块中浇注聚氨酯固化材料,固化材料发泡后填充砟间空隙,并黏结道砟,形成弹性道床块,使洞渣加工成的道砟进行工程应用成为可能,而且道床单元块间的填筑碎石也可采用洞渣。本文通过仿真分析研究固化道床中道砟的受力特性,说明道砟材质对固化道床的性能影响较小,洞渣道砟可作为固化道床的骨料使用,并提出了洞渣的分级选用控制标准。基于洞渣骨料制备的固化道床结构绿色环保,具有广阔的应用前景。     

土工格栅加固铁路道砟的颗粒离散元模拟研究

研究目的:道砟是有砟轨道的关键构成,其变形累积将直接造成轨道的下沉破坏。随着列车运行速度的提高,道砟的变形对有砟轨道的行车安全性、舒适性和轨道养护维修工作量的影响也越来越大。因此,开展高速铁路道砟变形机理的研究具有重要意义。近年来,一些学者开始将土工格栅应用到铁路道砟的加固中,用以减小铁路道砟的沉降变形,但总体来说还不够成熟和完善。为进一步研究铁路道砟的变形机理及土工格栅加固铁路道砟的效果,本文以铁路道砟为研究对象,建立土工格栅加固铁路道砟的三维颗粒离散元模型,进行循环荷载作用下的数值试验,分别研究土工格栅不同安设位置、不同刚度以及不同网格尺寸对铁路道砟加固效果的影响。研究结论:(1)土工格栅加固铁路道砟效果明显,能够有效减小铁路道砟的沉降变形;(2)土工格栅安设位置不同,其加固效果也不同,当土工格栅距离模型箱底面100 mm时效果最好;(3)随着土工格栅刚度的增大,道砟的沉降变形逐渐减小,但当刚度增大到一定值后,对减小道砟沉降的作用有限;(4)土工格栅网格尺寸对铁路道砟加固效果有明显影响,但这种影响不是单调的,即存在一个合理的土工格栅网格尺寸使其加固铁路道砟的效果最好;(5)该研究成果对深入理解铁路道砟的沉降机理及土工格栅在铁路道砟加固中的应用均具有一定的参考意义。     

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。     

多边形道砟颗粒堆积和压缩特性的DDA数值模拟研究

非连续变形分析方法(DDA)能方便地模拟多边形颗粒的接触和变形。本文提出多边形道砟颗粒的生成方法,并使用DDA方法分析道砟的自然堆积和单轴压缩过程。研究结果表明:道砟自然堆积休止角同时受到道砟颗粒表面摩擦角、颗粒咬合作用、颗粒和底板摩擦角的影响;DDA方法能够成功反演室内单轴压缩试验,是研究道砟压缩特性的有效手段;由于道砟颗粒较硬,松散道砟堆积体的单轴压缩过程即在塑性阶段后还存在一个弹性硬化阶段,在这两个阶段的转折点上"弹性硬化应力"可以看作是道砟的"先期固结压力"。     

基于离散元法的列车运行速度对有砟道床工作性能影响的研究

不同的列车运行速度会使轨道结构产生不同的响应,列车运行速度越快,产生的振动和空气动力响应越大,会加剧道砟颗粒的磨耗、粉化,甚至道砟飞溅,进一步影响道床的稳定性和列车运行的安全性.为了更好地了解列车运行速度对道床工作性能的影响,采用离散元法对道床进行模拟,通过道床纵横向阻力试验数据验证模型的可靠性,并在此基础上分析和研究动力荷载作用下道砟位移、颗粒振动加速度随列车速度、道床深度、道床不同横向位置的变化趋势,从微细观层面了解道砟颗粒在不同工况下的工作性能.研究结果表明:道砟加速度和道砟颗粒位移在不同轴重和行车速度下的变化趋势相同,均是在轨下位置的道砟加速度最大、道床砟肩的位移值最大;在动荷载作用下,道砟颗粒均有向外运动的趋势,轨枕附近的道砟位移扰动较大,外围道砟在墙体约束作用下位移较小.     

高速铁路胶粘道砟固化道床的动力学特性

采用ABAQUS有限元软件建立车辆-轨道空间耦合模型,对列车荷载作用下的胶粘道砟固化道床的动力学特性进行仿真分析,并探讨道砟胶用量和固化深度对道床动力学特性的影响。研究结果表明:采用胶粘道砟能够显著提高道床的振动加速度和动应力,降低道床的垂向位移,且动力性能的改善与道砟胶用量和道砟胶固化深度呈正相关关系。     

铁路道床振动特性的三维离散元分析

研究目的:铁路碎石道床是一种典型的散粒体结构,为突出考虑道砟颗粒的散体特性,运用离散元法建立轨枕-道床空间耦合的颗粒流模型.通过加载高速列车动荷载时域谱,研究铁路道床在高速行车条件下的振动特性和道砟颗粒的动态响应.研究结论:通过建模和计算,将计算结果与已有试验结果相对比,验证了模型的正确性;在此基础上对铁路道床的振动特性进行分析,结果表明:动荷载作用下道砟之间的接触力按近似45°角的规律传递;相邻轨枕下方道砟颗粒的振动加速度和道砟接触力存在振动叠加作用,道砟颗粒的振动加速度、道砟接触力及道砟颗粒动位移随道床深度的增加而递减.     

中俄铁路碎石道砟加工指标技术标准的对比研究

为了更深入了解俄罗斯铁路碎石道砟加工指标特点,对比分析中国和俄罗斯铁路在道砟颗粒形状与清洁度、粒径级配、指标试验方法等方面的异同点,得出以下结论:(1)中俄标准对道砟颗粒形状定义不同,如对针片状颗粒看法不同,俄罗斯标准中有长粒概念等;(2)中俄道砟标准的制定理念存在差异,俄罗斯标准未定义渗水性能、抗压碎性能等与材质相关的性能指标,而是通过增设道砟加工指标来保障道砟的良好渗水性和抗压碎性;(3)由于气候等因素,与我国同等级道砟相比,俄罗斯各类道砟粒径级配普遍较大。