车辆循环动载下高速铁路路基累积变形预测研究

高速铁路路基在车辆荷载反复作用下不可避免地产生累积变形,影响铁路轨道-路基结构服役性能和车辆运行品质。为探明高铁路基在循环车辆动载下的累积变形空间分布特性和长期发展规律,建立车致路基累积变形预测模型,其主要由2个子模块组成：1)基于多体动力学和有限单元法建立的高速铁路车辆-轨道-路基耦合时变动力学模型;2)基于建立的车辆-轨道-路基动力相互作用模型,引入路基累积变形预测模型,利用循环跳跃的方式预测不同车辆荷载累积次数下路基的累积变形及其空间分布规律。2个模块的交互方面,在每次循环跳跃后,将路基累积变形空间映射至轨道,形成轨面附加几何不平顺,并同步更新迭代系统动力矩阵,建立了车致路基累积变形与系统动力响应之间的关联关系。研究结果表明：本文提出的计算模型可较好地揭示路基土体累积变形在循环车辆动载下的演化规律;采用循环跳跃的方法可更为真实准确地预测路基的累积变形,其计算的路基累积变形最大值为2.606 9 mm,而未采用循环跳跃方法计算出的累积变形最大值则为1.7 mm,低估了34.8%。路基累积变形在前期发展较快,后期由于土体被不断夯实,累积变形的演化呈现减缓趋势,累积变形速率从1次加载0...     

黄土高速铁路路基注浆扩散范围模型试验研究

为研究黄土高速铁路路基注浆加固中浆液扩散规律,以大西高速铁路沿线典型湿陷性黄土路基为研究对象,开展注浆模型试验及Edem-Fluent耦合数值仿真,得到黄土注浆扩散范围及注浆盲区参数。试验结果表明：随着注浆压力的增大,浆液的扩散范围逐渐扩大,加固体长度与注浆压力近似幂指数关系。Edem-Fluent耦合仿真分析得到的注浆扩散范围与试验相符合。力链分析表明注浆压力越大,土体间的微观作用力作用越分散,在浆液劈裂方向上,注浆压力是呈消散分布。在此基础上推导了黄土注浆浆液扩散范围及注浆扩散盲区计算公式。     

高速铁路路基动力响应特性

结合高速铁路路基基床动力响应现场实测与有限元计算,分析了无砟轨道路基动应力、动变形和振动加速度的幅值特征及变化规律,揭示了列车荷载作用下基床内应力、应变的分布规律。研究结果表明:轨道路基基床动应力范围为11~16 k Pa,随车速变化不明显,随轴重增大而增加,每1 t轴重产生动应力约为1.02 k Pa;无砟轨道路基基床表面动应力分布范围较大且相对均匀,动应力随深度衰减较缓慢;无砟轨道路基动变形较小,随着路基刚度的增大动变形减小且分布较均匀,路基对线路整体刚度影响不大;无砟轨道路基振动加速度一般不大于10 m/s2,振动主频100~500 Hz。     

高铁列车动载作用下路基动力特性及累积变形规律研究

为探索列车动载作用下路基的动力特性及累积变形规律,依托沪宁城际铁路工程背景,首先结合现场测试数据对路基沉降超限的原因进行分析,然后建立列车-轨道-路基耦合振动系统三维数值模型,对影响路基动力特性的影响因素(列车速度、基床厚度和刚度、行车方式)进行分析,最后结合室内足尺模型试验,对振动40万次的基床累积变形规律进行分析。结果表明:列车动载作用是运营期路基沉降超限的主要原因之一;列车速度、基床厚度和刚度、行车方式等因素对基床的动应力和动位移均有影响;路基的累积变形随循环加载次数增加而变大,最初振动5万次累积变形增长迅速,而后近似按照线性缓慢发展,振动40万次时的累积变形值为0.78 mm,影响深度约为5 m。     

高速铁路路基不均匀冻胀变形对轮轨系统的动力影响研究

基于车辆-轨道耦合动力学理论和有限元方法,开展高速铁路无砟轨道路基不均匀冻胀变形对高速轮轨系统的动力学影响研究,分析不同程度的路基不均匀冻胀变形对高速车辆-轨道耦合系统振动响应的影响规律。研究结果表明:路基的不均匀冻胀变形会加剧轮轨动态相互作用,对行车安全性和乘车舒适性产生不良影响,同时易引起较强的轨道结构振动,进而影响轨道结构的长期服役性能;随着路基不均匀冻胀变形波长的减小和冻胀变形幅值的增大,高速车辆-轨道耦合系统的垂向振动动力学指标均出现增大趋势,研究发现应重点关注波长20 m以内的路基不均匀冻胀变形及其幅值的增大;对于路基不均匀冻胀变形较严重地段,可通过适当降低车辆的运行速度,以有效降低轮轨系统的动态相互作用,从而减小路基不均匀冻胀变形对高速行车安全性的影响,但是,限速措施对于改善高速乘车舒适性的效果并不明显。     

高速铁路路基的变形与控制

在介绍秦沈客运专线路基设计和施工情况的基础上，结合对作用于高速铁路路基上的应力分析，论述了高速铁路路基设计和施工中为保证列车高速行驶应采取的措施。     

高速铁路路基帮宽沉降变形控制技术研究

为研究不同地基处理措施对路基帮宽附加沉降的影响,依托工程实际,运用有限元仿真技术和简化复合模量法,对既有无砟铁路路基处理方案进行研究,计算不同地基处理措施下的既有路基附加沉降值。研究表明:两种方案的附加沉降值在6. 8～10. 3 mm之间,采用钻孔灌注桩+钢筋混凝土板的沉降计算值较预应力混凝土管桩+钢筋混凝土筏板小2. 5 mm左右,产生的附加沉降均可通过扣件进行调整。另一方面,施工过程中应加强实时动态监测,尽量避免大型笨重施工设备在既有线附近停留。     

高速铁路涵洞附近路基动力响应试验研究

介绍秦沈客运专线试验段上 ,在两个洞顶填土厚度不同的涵洞附近进行的路基动应力测试。试验研究表明 :高速列车作用下路基对行车速度的动力响应是先增大后减小的 ,速度为 2 0 0km/h时的动力响应最大 ;跨度为 6 0m的涵洞 ,其洞顶填土厚度取 1 5m是合适的 ,可以满足 2 70km /h速度范围内线路的平顺、安全性要求     

高速铁路轨道路基模型及动力加载研究

针对目前高速铁路路基模型存在尺寸小、受边界影响大、采用单点正弦函数加载等不足,建立高速铁路无砟轨道路基实尺模型试验系统。该系统由轨道路基模型、路基动力响应测试系统以及动力加载系统组成。参照试验模型,建立三维有限元数值模型。基于高速铁路无砟轨道列车动力荷载传递特性,以列车运行速度为350km/h的CRH3/CRH380型动车组、CRTSⅡ型无砟轨道结构为例,采用数值模拟得到相邻车厢相邻转向架不同轮对经过轨道时扣件点的反力时程曲线,结合MTS加载装置对输入时程曲线的要求,通过对扣件点的反力时程曲线进行傅里叶变换和叠加,得到模型试验中作动器连接2对扣件点时的加载输入时程曲线。     

武广高速铁路运营阶段路基沉降变形规律研究

高速铁路运营要满足高可靠性、高稳定性和高平顺性要求,路基沉降变形是影响轨道结构状态的主要因素。本文选取武广高速铁路代表性区段,对高速铁路路基沉降变形进行系统监测,分析了运营中无砟轨道路基沉降规律。研究表明:运营阶段高速铁路路基沉降变形量比较小,但波动较大,路堤段的总体沉降大于路堑段,过渡段的沉降值波动变化较大,直线段轨道板内侧沉降大于外侧,曲线段加设超高一侧沉降大于另一侧。研究成果对于合理安排养修,保证运营安全具有指导意义。     

高速铁路路基上拱变形危险性评价方法研究

研究目的:近年来,红层软岩地区高速铁路路堑基底上拱变形病害已严重影响铁路运营安全,迫切需要对基底上拱变形危险性进行准确预测,本文以既有高速铁路基底上拱病害为研究对象,通过分析基底上拱病害致灾主要因素,采用AHP-熵值法-专家打分的方法,构建红层软岩地区高速铁路路堑基底上拱变形危险性预测评价系统.研究结论:(1)选取路堑...     

高速铁路路基用砾类盐渍土变形特征研究

为研究砾类盐渍土构筑高速铁路路基的技术要求及变形特征,结合某高速铁路建设,开展考虑变形控制要求的盐渍土路基盐胀与溶陷系数阈值分析,在此基础上,通过溶陷与盐胀试验、现场浸水试验、冻融循环试验,研究降水及季节交替工况下砾类盐渍土路基的变形特征。结果表明:对于不同设计速度与轨道类型的路基,其盐胀与溶陷系数阈值不同;在单次降温条件,压实系数小于0.97的砾类盐渍土以"体缩"变形为主,压实系数大于0.97的砾类盐渍土盐胀变形较明显;当降雨达到年均降雨量及极端单次降雨时,砾类盐渍土路基可完成不小于65%和95%的溶陷量;在冻融循环条件下,压实系数较小的砾类盐渍土路基变形呈融沉趋势,而压实系数较大的砾类盐渍土路基变形则呈盐胀趋势。基于砾类盐渍土变形研究成果,初步提出满足溶陷与盐胀控制要求的砾类盐渍土路基设计原则。     

高速铁路路基动力反应的有限元分析

通过引入波传导单元和完全的能量传递边界，本文用有限元法分析了铁路路基在高速列车作用下的动力反应，它利用波动的可迭加性，首次将列车车辆的全部轮载加以考虑；并着重讨论了车速、地基刚度及车辆振动等所带来的影响，分析结果认为：①针对竖向动位多，路基存在一个临界速度，地基刚度越小，临界速度越低，②竖向加速度随车速的提高而加速增长，随车辆振动频率的升高呈线性增长；③在道碴与基床之间铺设一层凝土板对路基的动力反     

高速铁路路基基床动力响应的试验研究

随着高速、重载铁路的发展,路基基床的动力响应已经成为高速铁路设计中主要考虑的问题。通过无砟轨道模型试验和有砟轨道循环加载试验,研究了动态参数在路基基床内的分布特征,并将试验结果进行归一化处理后,对两种轨道结构(有砟和无砟)基床的动态响应进行了对比分析。研究表明：沿路基横断面方向,两种轨道结构的动应力和动变形都呈马鞍形分布,无砟轨道的分布更均匀;沿基床深度方向,与无砟轨道相比较,有砟轨道动应力沿深度衰减较快,而动变形衰减较慢。采用 Odemark 理论和弹性理论计算两种轨道结构路基的动应力,其中有砟轨道的轨枕长度要取有效长度,无砟轨道基础板底面动应力简化为沿横向均匀分布,沿纵向三角形分布,所得计算值和实测值都很接近。     

高速铁路无砟轨道路基上拱变形整治研究

研究目的:随着国内高速铁路飞速发展,高速铁路网覆盖范围越来越大,遇到的地质条件趋于多样化与复杂化,运营过程中病害类型较多,其中无砟轨道路基上拱变形问题在近年陆续显现,严重影响轨道的平顺性与行车安全,因此有必要深入研究其上拱变形的机理和整治方案,以确保高铁高速运行的安全。研究结论:(1)高速铁路路基填料应特别警惕硫铁矿伴生的硫酸钙盐矿物含量,其与水结合吸收结晶水发生水化反应形成二水硫酸钙,导致体积竖向膨胀上拱2.68%～6%,具有遇水膨胀但失水不收缩的特性;(2)上拱变形规律是冬春季细雨低温下填料含水量不断上升导致上拱膨胀量持续增大;夏秋季升温蒸发后失水,含水量减小,膨胀上拱趋势减弱;大气降水影响填料膨胀变形的深度在1～2.3 m;(3)轨道板下膨胀填料单元整体受力处于非刚性有限约束,基床表层及基床底层的折减经验系数宜分别按0.45与0.55取值;(4)在不同的限制条件下宜采用不同的整治方案,开通前或有单线封锁条件的情况下可采用揭板明挖法,在限速运行及天窗条件下宜采用暗挖置换方案;(5)本文所述各方案整治效果明显,整治经验可为今后类似工程提供借鉴与参考。     

川南城际高速铁路路基变形监测设计探讨

在高速铁路的建设及运营管理过程中,路基的安全保障及健康状态的监测非常值得关注.路基变形对高速铁路的行车安全影响大,常规的监测模式不能满足高速铁路运营安全的要求.本文针对川南地区特定的水文地质条件和铁路路基周边复杂的建设影响因素,在铁路设计阶段,对路基变形监测进行了系统地设计,重点探讨了采空区、弱膨胀性红层泥岩区、受既有...     

高速铁路路基常用沉降变形监测方法浅析

介绍高速铁路路基沉降监测常用测试方法及工作原理,并对比分析各自的优缺点,讨论了适用于路堤、地基浅层以及地基深层的沉降监测方法以及提高变形监测精度的方法和措施,分别基于沉降板及传感器方法对某工程实测数据进行了沉降预测。     

高速铁路路基压实过程中的空间动力响应

依托京雄（北京—雄安）高速铁路路基工程,采用现场试验和数值模拟相结合的方法,分析了压路机振动荷载作用下高速铁路路基动力响应特性与演化规律。结果表明：压实过程中沿振动轮宽度方向轮缘下方土体竖向压应力较大,而振动轮中间部位竖向压应力较小且分布较为均匀;土体竖向加速度、速度沿深度方向或水平方向的衰减规律大致相似,竖向加速度的衰减呈现更明显的规律性;压路机激振力频率、激振力幅值、速度和土体弹性模量在不同参数水平下衰减规律相似,但衰减速度与影响深度不同。     

高速铁路路基结构时变系统耦合动力分析

在车辆的走行过程中,上部与下部是相互作用和影响的,因此,轨道交通问题实际上就是线路上下部结构和车辆系统的体系匹配问题。本文针对列车走行的实际情况,将轨道-路基作为参振子结构纳入车辆计算模型,建立了包含车辆、钢轨、轨枕、道床和路基作为一体的二系垂向耦合动力分析模型。作为模型的验证,结合京秦线提速改造工程进行了列车-路基动力仿真计算,得出在不同行车速度条件下,机车车辆通过路基段加固前后状态下的车体加速度、动轮载、轮重减载率及道床和路基主要动力性能指标,并与实车试验进行对比。试验测试结果验证了理论模型和分析方法的有效性,为高速铁路路基的动力特性分析和设计提供一些参考。     

高速铁路跨地裂缝带双线路基动力响应

以大西客运专线跨山西太原盆地祁县东观变电站地裂缝带为工程背景,采用Midas/GTS有限元分析软件,建立地裂缝带—路基—天然地基三维动力有限元计算模型,进行高速铁路双线对向和单线行车条件下天然地基路基的垂向动力响应以及双线对向行车条件下不同车速时地裂缝带上下盘天然地基路基垂向动力响应的规律研究。结果表明:地裂缝带对路基动力响应影响显著,且上盘大于下盘;双线对向行车时路基动位移、动加速度和动应力沿路基纵向均呈波形变化且变化较大,而单线行车时变化较平稳,仅在地裂缝带位置处出现错台现象,且双线行车时路基动力响应明显大于单线行车时;双线对向行车时路基动应力在地裂缝带附近出现骤增现象,动应力和动加速度在路基中的影响临界深度分别为35和20 m,动位移沿垂向衰减呈2次函数关系;跨地裂缝带路基动位移和动应力与车速满足1次函数关系,加速度与车速满足2次函数关系。