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%.      

高速铁路无碴轨道桩板结构路基模型试验研究

为了研究列车荷载作用下无碴轨道桩板结构路基的动力特性,以遂渝高速铁路为背景,对桩板结构路基进行了动力模型试验,模型几何相似比为1∶12.试验结果表明,激振1万次后,路基动力响应随振动次数的增加几乎不变;加速度响应幅值受加载频率和激振位置影响,并沿深度逐渐衰减;动应力受激振位置影响显著,而受加载频率的影响较小;桩基加深了路基的动力影响范围.     

路基上纵连板式无砟轨道动力特性分析

为研究土质路基上纵连板式无砟轨道动力性能,建立了列车-路基上纵连板式无砟轨道耦合动力学模型.模型中,将纵连板式无砟轨道及路基视为空间层状粘弹性体,采用连续体建模法,建立其运动微分方程并用Galerk in法进行离散变换;分析了CRH2-300动车组以300、350 km/h速度运行时,路基上纵连板式无砟轨道的动力特性,并与京-津城际铁路实测结果比较.结果表明:水泥沥青砂浆最大动应力为46.8~50.5 kPa,小于砂浆层设计指标值15 MPa;动变形随深度衰减较慢,动应力随深度衰减较快;单个转向架产生动应力的影响范围沿线路纵向约为5 m、横向约为3.25 m;轨道板、水泥沥青砂浆层和支承层沿深度方向的变形分布差别不大.     

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。     

秦沈客运专线路涵过渡段动应力测试与分析

对秦沈客运专线DK49 689．0-DK49 700．7路涵过渡段进行了动应力测试，分析了动土压力与列车速度的关系、沿线路纵向分布以及随深度的变化．结果表明：动土压力随列车速度提高而增大，当列车速度超过220km／h时，动土压力基本趋于稳定，但始终大于准静态土压力；随深度增大，动土压力迅速衰减，趋于准静态土压力．此外，动土压力还受路基结构的影响，涵洞顶路基的动土压力明显大于一般路基的动土压力．     

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.     

重载交通下高速公路路基动应力实测研究及工作区划分

针对重载交通下高速公路路基动力响应问题,通过在高速公路路基埋设测试元件,测试了重载车辆运行下沥青混凝土路面—路基结构的动应力,获取了不同轴重和车速下路基的动应力峰值分布规律,得出了路基动应力随深度衰减的系数值,并依据动应力与自重应力的关系划分不同的路基工作区,结果表明:在120、140、160 k N的轴重下,动敏感区深度分别为1.26、1.36、1.45 m,相对于标准轴载增长约5.1%、13.3%、21.8%;动影响区深度为1.69、1.77、1.88 m,相对于标准轴载增长约5.6%、10.6%、17.5%。重载交通作用下动应力对路基的影响范围明显加深,因此在路基结构设计及稳定性保障上需引起足够的重视。     

列车荷载作用下地基动力及沉降特性分析

为分析列车荷载作用下的地基动力及沉降特性,建立了轨道-路堤-地基在列车荷载作用下的动力耦合分析数值模型,考虑列车速度、路堤高度和基床刚度的影响,研究了列车荷载作用下的地基动应力分布及地表沉降特性,并对不同地基加固形式的加固效果进行了探讨。研究结果表明:列车荷载作用下地基动应力沿水平方向和地基深度迅速减小;地基竖向动应力和地基沉降随列车速度的增大而增大,随路堤高度和基床刚度的增大而减小,路堤高度不宜小于2 m;地基沉降随加固深度和加固区刚度增大而减小,列车速度越高,影响越明显,最佳地基加固深度为3 m。     

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。     

水泥粉煤灰处理湿陷性黄土路基承载性能

为揭示水泥粉煤灰后压浆对湿陷性黄土桩网结构路基的加固机理，开展后压浆水泥粉煤灰碎石桩室内静载试验，分析了后压浆对桩周土样湿陷系数的影响，研究了竖向静载作用下后压浆桩网结构路基沿深度方向附加应力、桩侧摩阻力及桩端阻力的变化规律；基于Boltzmann数学模型和荷载传递函数，分析了桩侧摩阻力和桩端阻力增强机理，给出后压浆桩侧摩阻力和桩端阻力计算式；利用数值模拟方法，探讨了桩体弹性模量、后压浆深度、桩网置换率和褥垫层厚度对桩网结构路基承载力的影响机制。研究结果表明：在相同荷载作用下，经水泥粉煤灰后压浆处理后的桩周土体的湿陷系数小于自然土样的湿陷系数，且小于0.015;压浆后，静载作用下桩网结构路基中桩顶的竖向附加应力逐渐减小，桩间土的竖向附加应力先减小后增大，桩侧摩阻力较未压浆桩增大了约1.54倍；随着注浆深度的增加，桩身深度方向上的应力最大值呈先增大后减小趋势，且在等桩长深度处取得应力最大值；当桩网置换率提高1倍时，沿深度方向的应力和沉降均减小，其中应力峰值降低24%,沉降量减小26%;桩网结构路基中随着褥垫层厚度的增大，路基深度方向上应力逐渐增大。可见，水泥粉煤灰处理湿陷性黄土路基能减弱...     

寒区高铁沥青混凝土基床表层的温度场特性

为了把握基床表层含沥青混凝土层的温度场特性,采用瞬态传热的有限元分析方法,对寒区高铁无砟轨道结构温度场时空分布规律及沥青混凝土层的影响进行了分析. 首先,建立了基于哈尔滨-齐齐哈尔客运专线无砟轨道结构（CRTS）的温度场数值模型;然后,运用现场观测结果对数值模型进行了校核;最后,运用对比分析方式评估了基床表层沥青混凝土层的温度场特性,以及无砟轨道结构特征横截面与特征点位的温度分布的时变规律. 结果表明:东北地区无砟轨道结构温度场具有明显的非均匀性,其横向温度分布呈现双U型分布特征,温度梯度呈现非线性特性,且随着季节变换呈现较复杂的正负梯度交替变化;东北地区无砟轨道结构对路基温度的影响深度约为0.4 m,月影响深度约为2.5 m,年影响深度可达4.0 m;基床表层铺设的薄层沥青混凝土对路基起到了良好的保温作用,会使得基床表层的日平均温度提高1～7 ℃左右,而寒区无砟轨道结构温度场的分布规律不会显著改变.      

现代有轨电车不同轨道的振动传递特性试验研究

为探讨现代有轨电车不同轨道的振动传递特性,以某市现代有轨电车为例,对3种不同的轨道(未采取减振处理的普通轨道、安装弹性包覆材料的普通轨道和嵌入式轨道)进行测试.基于锤击试验原理,获取了钢轨振动衰减率、轨道各部件的频响特性和插入损失,并与其它减振轨道进行了比较.结果表明:嵌入式轨道的钢轨振动衰减率表现出明显的频率相关性,...     

无砟轨道路基不均匀沉降区高速列车动力特性

为研究路基不均匀沉降对无砟轨道损伤及高速列车动力响应的影响，基于混凝土塑性损伤理论，建立了可考虑无砟道床混凝土损伤行为的车辆-无砟轨道-路基耦合动力学模型，并与线弹性模型计算结果进行对比，分析路基不均匀沉降波长、幅值及行车速度对高速列车动力学特性的影响.结果表明：路基不均匀沉降会造成无砟道床损伤，塑性损伤模型计算结果更能反映轨道服役状态；在各车辆动力学指标中，车体垂向加速度受路基沉降幅值影响最大；车辆动力学响应对波长20 m以下的路基不均匀沉降较为敏感，应对其重点关注；行车速度的增大会增加车辆动力响应，使轮轨作用力明显提升，车辆平稳性指标呈现接近线性的增长趋势.     

高铁膨胀土新型路堑基床动力特性与参数敏感性

进行了云桂高铁膨胀土新型路堑基床综合试验段现场激振试验, 借助有限差分软件FLAC3D, 建立了三维轨道-路基-地基动力学模型, 分析了新型路堑基床动力响应与防排水结构层参数敏感性。分析结果表明: 铺设新型防排水结构层可加速基床内动应力的衰减, 降低路基表面动位移; 增加防排水结构层厚度和弹性模量可降低基床动位移, 减弱防排水结构层下方基床动应力, 但会提高防排水结构层顶面的动应力水平; 防排水结构层铺设位置下移时会增大路基表面动应力, 但对路基表面动位移影响不大; 为满足《高速铁路设计规范》(TB 10621—2009)要求, 建议防排水结构层铺设厚度不小于15 cm; 路基表面动应力、动位移与地基表面动应力敏感性因素依次是防排水结构层的铺设位置、弹性模量与铺设厚度; 考虑新型防排水结构层参数对基床动响应的影响, 确定的最优方案为: 铺设厚度为20 cm, 弹性模量为1.0 GPa, 铺设位置为基床表层底部。     

轨道动力学模型与数值方法研究进展

随着列车速度的提高和轴重的增加,车辆与轨道之间的相互作用更加激烈.深入开展轮轨动态作用机理研究,对高速重载铁路安全平稳运行具有重要意义.文章回顾了轨道动力学模型的研究进展,重点介绍了五种轨道动力学模型及算法,即车辆-轨道-路基非线性耦合系统交叉迭代算法,新型车辆单元和轨道单元模型,列车轨道系统动态分析的移动单元法,移动...     

弹射冲击荷载下重载铁路路基动位移空间分布特征

为研究军用重载铁路路基动响应空间分布特征,通过高度非线性分析程序ANSYS/LS-DYNA3D建立了重载铁路轨道-路基-地基三维显式动力分析模型,并引入三维一致黏弹性人工边界;采用梯形冲击荷载模拟弹射冲击,探讨了不同幅值(150～600?kN)的弹射冲击荷载作用时重载铁路路基系统动位移的空间分布特征,通过Boussin...