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。     

不同激振频率下云桂铁路路堑基床振动特性现场试验

利用大型激振设备对铺设柔性复合防排水板的云桂铁路膨胀土路堑基床进行扫频试验,研究该基床的共振频率及不同基床位置动应力和加速度随激振频率的变化规律。试验结果表明:膨胀土路堑基床的共振频率约为17Hz;路基面以下1.2m深度范围内,动应力沿深度的实际衰减速度明显高于布氏理论计算结果;动应力和加速度沿深度方向的衰减规律与激振频率大小有关,激振频率小于15Hz时,二者均呈指数型衰减,随着激振频率的进一步增加,动应力衰减规律向ε型转变,加速度衰减规律向线性衰减转变;在基床表层底面水平方向上,激振荷载的显著影响范围小于轨道中线两侧1.76m。     

高速列车高频激振试验台对试验室厂房的振动影响分析

为评估某试验室新建高速列车转向架激振试验台对试验厂房的振动影响，基于车辆-轨道耦合系统动力学模型，计算钢轨波磨不平顺作用下轮轨垂向高频激振荷载，并将其作用于Abaqus基础-地基-厂房有限元动力仿真模型，分析高频激振试验台对试验厂房的振动影响。结果表明：车辆最高模拟速度500 km/h下，受轨道不平顺激扰将产生轮轨高频激振荷载，最高荷载频率1 200 Hz,荷载峰值为213.9 kN;试验台振动影响范围在地面大致集中于以激振台为中心，半径为10 m的“圆形”区域，在深度方向上集中于深度约15 m的“倒梯形”区域；厂房柱下独立基础最大竖向动位移幅值为0.032 mm,最大加速度幅值为32.8 cm/s²,屋架与厂柱连接薄弱处最大振动速度幅值为0.585 mm/s,地面水平方向的振动速度幅值小于2 mm/s,振动指标均小于建筑安全及工作舒适性的幅值控制标准，表明高频激振试验台工作时试验室厂房振动符合要求。     

湿化作用下重载铁路改良膨胀土动力响应与累积变形试验研究

以蒙华重载铁路改良膨胀土路基试验段为依托，针对水泥改良土路堤、石灰改良土路堑两种形式路基开展不同轴重、不同干湿状态下现场激振试验，分析动应力、动加速度分布特征及振动累积变形发展规律；通过室内动三轴开展素膨胀土、水泥改良土、石灰改良土分别在4个不同含水率和4种不同应力水平下动力湿化变形试验，研究湿化幅度、动应力幅值对膨胀土及改良土累积应变特性的影响规律。研究结果表明，动应力和动加速在基床底部衰减率可达80%,且路基刚度越大，动应力、加速度沿路基深度衰减越快；同一深度下动力响应浸水状态大于干燥状态，且轴重越大，影响更为显著，湿化作用显著削弱路基对动应力与动加速度的衰减能力，水泥改良土抗浸水能力相对石灰改良土更强；路基面累积变形在浸水后随轴重和振动次数增加而增加，且在相同振次情况下，素膨胀土及其改良土累积应变均在湿化幅度超过2%后急剧增加，且动应力越大，应变增长速率越快，改良土累积变形速度仅为素膨胀土的1/8～1/5,石灰与水泥改良后均可有效抑制膨胀土的湿化变形；基于动三轴试验数据，建立累积应变的预估模型，得出素膨胀土及改良土模型参数与湿化幅度之间的经验关系。     

列车荷载作用下高铁隧道下有小净距地铁隧道穿越时的结构动力响应特性模拟分析

基于某地铁线路以极小净距下穿京张高铁盾构隧道工程,采用人工激振函数模拟列车振动荷载,分析不同工况下的隧道动力响应特性,探讨了高铁隧道结构的振动加速度、振动速度及竖向位移规律。模拟研究结果表明:隧道监测点振动幅值变化不仅与振动强度有关,还与激振源荷载作用位置有关,高铁隧道中心截面前后±15 m范围内的位移响应最大;隧道交叉位置呈现显著的振动放大现象,造成列车动荷载影响下衬砌结构薄弱区;振动响应总体趋势为自仰拱向拱顶逐渐衰减,即仰拱为隧道振动响应的最不利位置;考虑不同工况,高铁隧道结构的最大振动加速度、振动速度和竖向位移分别为110.204 mm/s~2、3.006 mm/s、0.043 4 mm,低于结构安全振动控制标准的限值,满足安全要求。     

武广高铁红黏土路堑基床动响应现场测试与分析

研究目的:路基基床承受列车和轨道荷载,必须具有足够的强度和稳定性.随着列车速度不断提高,对路堑基床在高速列车动载作用下的力学响应进行现场测试分析,对于正确的进行高速铁路路基设计具有重要的指导意义.研究结论:通过动响应现场实测,研究了时速300～350 km的机车通过武广高铁红黏土路堑基床时的动响应规律.分析了不同方向列车行驶条件下,振动速度、振动加速度、动应变、动应力沿基床横向、深度方向的分布规律.分析表明:竖向测试断面上振动速度、振动加速度、动应变、动应力等动响应参数均随深度增大而衰减;横向测试断面上,右线车作用下基床动响应近似呈倒“V”字形变化,左线车作用下随水平距离的增大而减小.与有砟轨道基床动响应测试成果对比表明:同等条件下,无砟轨道基床动响应小于有砟轨道,且无砟轨道下动响应衰减速率慢,影响深度大,因此建议高速铁路无砟轨道基床厚度取5.0m左右.研究结果对其它高速铁路的建设有重要的借鉴作用.     

翻浆状态下无砟轨道路基动力响应特征模型试验研究

高速铁路无砟轨道基床翻浆是一种特殊的路基新型病害,影响高速铁路运营的舒适性和安全性,为分析无砟轨道路基基床翻浆对路基动力响应特征的影响,开展无砟轨道-路基基床大比例模型试验。试验结果表明:基床翻浆状态时,在动荷载下底座板对基床表层产生瞬态碰撞,使得基床表层土动压力随动荷载加载次数的增大而逐渐增大,沿深度衰减速率变快;基床翻浆改变了基床表层与底座板之间的动力传递特性,竖向振动加速度比值增大了1. 95倍以上,动位移比值增大了4. 56倍以上,振动响应从底座板传递至基床表层衰减梯度增大;基床表层翻浆不断恶化,会降低基床表层对底座板的支承能力,致使无砟轨道-路基基床动力响应加剧。     

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。     

运营前后高速铁路短间距路涵过渡段振动特性测试研究

针对高速列车反复运行对短间距路涵过渡段的影响,采用动力测试系统测试联调联试期及正式运营期过渡段的动响应。对比分析正式运营前后动响应幅值沿线路纵向的分布规律和沿路基深度的衰减规律,分析振动的峰值频率、振动能量的频带分布及沿深度衰减规律,得到路基综合刚度对过渡段振动特性的影响规律。结果表明:振动峰值频率不随深度变化,中频振动能量对基床表层以下路基存在影响;正式运营2年后,动响应沿线路纵向的分布曲线变平缓,过渡段纵向整体平顺性有所提高,列车动载长期反复作用增加了路基综合刚度,主要表现为基床表层刚度的增加。     

路基振动压实过程中振动波传播规律北大核心

通过有限元软件建立考虑阻尼比、弹塑性本构关系的振动压路机-填料耦合数值仿真模型,得到振动压实过程中振动压路机及填料动力响应曲线,探究振动压实过程中振动波垂直及水平方向传播规律,提出了基于振动波的填料压实质量综合判别方法。结果表明:结合现场实测振动压路机及填料动力响应曲线,振动压路机-填料耦合模型能够较好地模拟填料振动压实过程;在垂直方向,加速度幅值的衰减呈现先快后慢的趋势,且在填料深度为0.5 m时衰减率达60%,路基深度为1.5 m时衰减率达90%;在填料表层水平方向,已压实土体与虚铺土体距压实作用点分别为0.8、0.5 m处,峰值衰减率均达90%;提出了基于振动波传播衰减率降低、动响应幅值增加与归一化动响应滞回圈的椭圆率增加的填料压实质量综合直接判别方法。     

沪宁城际高速铁路路基段振动试验研究及数值分析

为研究沪宁城际高速铁路引起的周围环境的振动特性和传播规律,进行了现场试验和数值分析。从时域和频域两方面对测试数据进行处理分析,结论如下:实测的直线段路基结构,钢轨竖向振动加速度大于横向振动加速度,振动以竖向为主;振动传播过程中,高频成分迅速衰减,低频成分衰减较慢;地面振动频率主要集中在70Hz以内的频段;地面振动频谱曲线在34Hz处出现最大值,反映了车辆的轴距作用;振动随传播距离单调衰减,传播初期衰减较快,传播至土体后衰减速度放慢。建立了数值分析模型,研究列车作用下地面的振动响应,并与实测结果进行比较,验证了模型的合理性,分析车速对振动的影响,结果表明:路基结构的振动加速度在车速为350km/h时达到最大,地面土体振动加速度在车速为250km/h时达到最大;振动在距路基坡脚20m至更远处的传播中,衰减速度非常缓慢。     

板端脱空对CRTSⅠ型板式轨道动力特性影响试验研究

为研究CRTSⅠ型板式无砟轨道板端脱空对轨道动力特性的影响,铺设无砟轨道实尺模型,人工凿除CA砂浆模拟板端脱空,采用激振车对轨道施加振动荷载,测试并分析轨道振动位移和加速度等动力响应。结果表明:板端脱空对轮重减载率影响明显;板端脱空对钢轨和轨道板位移有一定影响,对底座板位移影响较小;脱空区钢轨和底座板均出现强烈振动,振动加速度约为无脱空的3倍;脱空造成轨道板剧烈振动,振动加速度增加10倍以上;底座板振动在脱空长度30cm时出现峰值,钢轨及轨道板在脱空长度大于70cm时振动加剧明显;随着激振频率的增加,轨道板板端脱空对轨道结构动力响应的影响更加明显。     

重复荷载作用下绿色加筋格宾挡土墙的动力特性

设计并完成了大型绿色加筋格宾挡墙模型试验。试验模型尺寸为3.0 m×0.85 m×2.0 m(长×宽×高),坡角为70°,填料采用工程现场用红砂岩材料制备。双绞合六边形金属格宾网由PVC包裹,并镀锌防腐,网面单元尺寸为80 mm×100 mm。通过输入不同幅值和频率的正弦波激励,探讨重复荷载作用下模型挡墙的动力特性与动力响应规律。试验结果表明:绿色加筋格宾结构具有良好的稳定性和抗破坏性,其结构寿命能满足使用要求。当振动频率达到8 Hz时,绿色加筋格宾挡墙的竖向、水平加速度和竖向、水平位移反应变化极大。加速度反应、动位移反应和动应力反应沿墙深度方向都以一定的速度衰减。试验结果有助于揭示挡墙在重复荷载作用下的失稳机制,为绿色加筋格宾挡土墙工程设计提供有益的参考。     

高速铁路路基动力响应特征的正演数值仿真

为预测和分析高速列车在路基上行驶时产生的动态荷载、振动和冲击等影响因素,评估路基的稳定性和强度,提出高速铁路路基动力响应特征的正演数值仿真方法。采用实体单元模拟轨枕与钢轨,针对路基、路基本体以及道床设置三维一致粘弹性人工边界条件和三维一致粘弹性边界单元,构建高速铁路路基数值模型;在位移、加速度和应力等方面,结合车轮荷载分布函数,构建高速铁路路基动力响应函数,分析高速铁路路基动力响应特征,计算在不同深度、路基机床表层厚度和行车速度下产生的位移、加速度和应力值。仿真结果表明,应力、位移与加速度的变化没有明显规律,而应力与加速度衰减趋势较大,这种衰减趋势随深度增加逐渐减弱,基床表层厚度对位移产生的影响高于应力和加速度。     

重载铁路路基基床不同改良厚度的动力响应研究

重载列车荷载对路基基床的影响较为显著,为探究北方风沙地区选择水泥改良的粉细砂作为基床填料后路基体的变形及动力稳定性。通过动三轴试验对比分析了不同掺入率水泥改良土临界动应力大小及不同围压下回弹模量的变化规律,进一步结合FLAC3D建立三维动力仿真模型,重点探讨了列车激励荷载作用下路基基床换填不同厚度的5%水泥改良土时动应力、沉降变形、振动加速度的变化分布规律。结果表明:5%水泥改良土临界动应力、回弹模量较原状土提高幅度最大;路基体竖向动应力、位移、加速度峰值均随深度增加而逐渐减小;路基基床对动应力的扩散抑制作用较强,动荷载传递经基床后平均衰减约83.5%;路基沉降主要产生在中上部,且随基床底层改良厚度增加路基顶部最大竖向位移逐渐减小,最大减小约45.6%;此外,振动加速度传播经改良后的路基基床衰减幅度较明显,约为69.4%。     

时速250km客运专线路基动力响应研究试验

结合合肥—南京客货共线铁路试验段进行路基原位动载试验,通过模拟测试路基在相同机车轴重不同通过车速情况下的弹性变形及振动加速度,对路基在不同行车速度条件下的动力响应作以研究。通过对循环荷载下沿线路横向不同距离路基弹性变形、加速度以及轨下不同深度动应力测试,获得路基弹性变形、加速度以及动应力衰减规律。研究表明,现有规范对弹性变形的建议值不尽合理,提出时速200 km及以上客运专线铁路弹性变形合理建议值,为新建铁路客运专线设计及规范提供依据。     

重载铁路桥梁动力响应的随机性分析及最大值估计

为评估现有桥梁通行大轴重列车的可行性,基于某重载铁路桥梁的现场试验数据,对不同轴重列车以不同运行速度通过桥梁时桥梁动力响应的随机性进行分析,并且结合3倍标准差原理进行动力响应最大值估计。结果表明:在60~80km·h~(-1)的速度范围内,列车速度对桥梁的竖向挠度和横向振幅影响不大;随着列车速度的提高,桥梁的竖向振幅缓慢增加,而且桥梁跨中的横、竖向强振频率和振动加速度也呈逐渐增大趋势;随着货车轴重的增加,桥梁的竖向挠度呈近似线性增加趋势,振幅和振动加速度也不断增大;25t轴重运营列车引起的桥梁动力响应的概率密度离散程度较大,而试验列车的离散程度较小;在相同列车速度条件下,跨中的横向响应比竖向响应的随机性大,振幅和振动加速度的随机性相当,竖向挠度的随机性最小;对1座孔跨布置为2-24m的低高度预应力混凝土T型简支梁桥的动力响应最大值估计的结果表明,该桥能够通行75km·h~(-1)速度以下的30t轴重列车。     

地铁列车振动荷载对下叠并行新建城际铁路盾构隧道的动力响应分析

以新建佛莞城际铁路盾构隧道与广州地铁3号线明挖段矩形隧道交叠并行工程为依托,研究地铁列车通过明挖隧道时产生的振动荷载对下部新建盾构隧道衬砌结构的动力响应,并对不同列车振动荷载下新建盾构隧道衬砌结构的动应力进行了分析.使用激振力函数法模拟地铁列车振动荷载,选取下部新建盾构隧道典型监测断面的监测点来研究在地铁列车振动荷载作用下衬砌结构的振动加速度、应力和竖向位移响应特性.结果 表明:轨道结构质量越差,列车运行速度越快,车体质量越大,列车振动荷载的幅值也相应增大;在地铁列车振动荷载作用下新建盾构隧道衬砌结构存在着明显的动力影响区;新建盾构隧道衬砌管片竖向位移曲线呈"W"形,且拱顶处的竖向位移幅值最大;随着地铁列车运行速度加快,新建盾构隧道的竖向沉降亦随之增大,地铁列车运行速度每增加30 km/h,隧道衬砌结构的竖向沉降平均增加2.66％.     

膨胀土路堑全封闭基床结构型式及其动力模型试验

对膨胀土地区新型铁路路堑全封闭基床结构进行室内足尺模型试验,得到循环振动荷载作用下基床的动力特性。结果表明:新型全封闭基床结构中动应力沿深度的衰减规律呈指数型,速度和加速度沿深度的衰减规律成二次曲线型,说明在基床表层底面铺设半刚性结构层使振动速度和加速度的影响深度增大;基床底层底面的最大动应力、振动速度、加速度以及路基面最大动变形波动区间分别为4.09~6.13kPa、1.72~3.15 mm/s、0.082~0.085m/s2和0.30~0.43mm,均小于高速铁路基床相应动力指标限值,验证了新型膨胀土路堑全封闭基床结构设计的可行性和合理性。     

紧邻铁路暗挖地铁隧道动力响应实测与数值分析

铁路下伏隧道时,其动力响应异于无隧道的情况。以深圳地铁5号线紧邻平南铁路深民区间隧道为依托,采用加速度传感器对列车荷载在隧道初支上引起的加速度进行测试,并通过弹塑性动力有限差分法对列车荷载与隧道组成的系统进行动力响应分析。研究结果表明:列车速度为40～60 km/h,紧邻铁路隧道拱肩振动加速度峰值为0.06～0.10 m/s2,较地表路肩处竖向加速度峰值衰减90%～96%;对比有无下伏隧道工况,下伏隧道使列车荷载在表层土中激发的振动减小,而在隧道周边围岩中的振动增大,延缓列车动载在地层中衰减;隧道初支内力受列车动载影响,弯矩约增大1.4%。