铁路路基压实质量连续检测指标的相关性及影响因素

依托兰张(兰州—张掖)铁路施工段开展现场试验,对路基压实质量检测指标之间的相关性及影响因素进行分析,研究了激振力、碾压速度对压实计值(CMV)变异系数的影响;基于回归分析得到CMV与动态变形模量E_vd、土体刚度G_eo、压实度K等压实质量检测指标之间的相关系数,并比较了不同压实工艺对CMV相关性校验的影响。结果表明：激振力引起的CMV变异系数偏差为6.74%～7.39%,碾压速度引起的偏差为1.46%～2.11%,激振力对CMV稳定性影响更大;激振力对CMV相关性校验影响显著,而碾压速度和碾压遍数对其影响较弱;鉴于CMV和Evd检测的便利性及两者之间良好的相关性,进行路基压实质量连续检测时宜采用CMV连续检测为主、传统E_vd检测为辅的方法,并在连续压实控制中尽量保持激振力稳定。     

高速铁路路基连续压实质量检测指标CMV影响因素分析

为定量分析振动压路机工艺参数对压实质量连续检测参数的影响程度,基于正交试验设计原理,以压实质量连续检测指标CMV值为研究对象,以振动压路机振幅、振动频率、碾压速度以及行驶方向为影响因素,在沪昆高铁芷江试验段开展压实质量连续检测试验。研究结果表明:振幅、振动频率和碾压速度对CMV值的影响高度显著,行驶方向对CMV值的影响显著,影响程度依次为振幅振动频率碾压速度行驶方向。根据CMV值的变异系数确定使CMV值最为稳定的振动压路机压实工艺参数,并以稳定状态下的CMV值为基准,建立回归方程,对其他压实工艺参数条件下的CMV值进行修正。     

基于机-土耦合模型的铁路路基连续压实质量控制方法

连续压实技术可有效保障路基压实质量,但由于连续压实检测方法和常规检测方法的检测范围相差较大,导致现场试验结果离散性较大,限制了连续压实技术的进一步推广。为建立连续压实检测结果与路基物理力学性质的关系,建立了考虑压路机行驶的机-土耦合模型,并提出了模型参数确定方法。分析了土体剪切模量对振动轮加速度时频域特性、机-土相互作用力以及连续压实质量控制指标的影响,并与路基碾压足尺模型试验结果进行对比。结果表明,模型能够准确反映机-土系统的动力特性。基于机-土耦合模型,提出了一种铁路路基连续压实质量控制方法,实现了根据铁路路基设计参数直接确定连续压实质量控制指标的合格值,为铁路路基连续压实质量控制提供了理论依据和新的实现方法。     

基于连续检测的高速铁路路基压实质量控制方法

针对传统检测方法无法满足路基压实质量实时、全面控制要求的问题,开展了高速铁路路基碾压足尺模型连续检测试验,分析了路基压实过程中振动轮振动能量变化规律,建立了能量压实值与动态变形模量、地基系数和压实度的相关关系,对基于连续检测的路基压实程度、压实稳定性和压实均匀性进行分析。结果表明：振动轮振动能量随碾压遍数增大而增大,能量压实值与常规检测指标具有强相关性,可以作为高速铁路路基压实质量连续检测指标;采用考虑90%置信水平预测区间下限的压实质量连续控制值判断路基压实程度更符合路基实际压实状态;碾压区域内能量压实值平均增长率应小于2%,出现过压现象时应停止碾压;碾压结束后,各检测单元能量压实值应在碾压区域平均能量压实值的80%～120%范围内。     

基于材料特性的压路机最佳速度模型与仿真

为了确定振动压路机压实速度与混合料压实效果之间的关系,基于共振理论分析处于运动状态的压路机激振器与被压材料产生共振的充分条件和必要条件;采用Burgers模型对压实过程中不同碾压阶段混合料的塑性应变和弹性应变进行研究,建立振动压路机的最佳速度数学模型,得出最佳速度与设备尺寸参数、振动参数、铺层材料特性参数及压实过程参数之间的关系;运用Matlab软件仿真分析主要参数对最佳速度的影响变化规律,得出最佳速度与被压材料铺层厚度、压路机的钢轮直径、振动频率等参数正相关曲线,最佳速度与铺层压实度、弹性模量等参数负相关曲线;以沥青路面施工中的常用设备参数(如f=45 Hz,D=1.4 m,q=50 k N/m)和典型的材料参数(如H=0.06 m,E=50 MPa)为例,在满足相对于最大理论密度的压实度为94%的规范设计要求时,确定的振动压路机最佳压实速度为4.0 km/h。     

路基压实质量连续检测参数的空间分布特征分析

明确路基压实质量连续检测参数的空间分布特征是路基压实质量均匀性评价的前提条件。以沪昆高铁芷江试验段的路基压实质量连续检测数据为基础,以压实计值CMV为例,基于探索性数据分析方法,通过Kolmogorov-Smirnov检验、MoransⅠ系数和建立的半变异函数模型对路基压实质量连续检测参数进行正态分布检验,以及空间自相关性和空间变异性分析,研究路基压实质量连续检测参数的空间分布特征。结果表明:采集到的CMV接近于标准正态分布,满足半变异函数建模的前提条件,且总体上存在显著的空间正相关性,其空间自相关程度随样本点间距离的增加而减弱;CMV沿路基横向的总变异及结构性变异均较其沿路基纵向的强;研究得到的压实质量连续检测参数的空间分布规律可为路基压实质量的均匀性评价提供一定的理论支撑。     

多土类土石混填路基压实度快速预测研究

探讨多土类土石混填路基压实度的现场快速预测方法.通过现场试验,在预先设定压路机吨位、振动频率和碾压速度下,通过采集不同工况下沉降测试块的沉降差,建立了压路机碾压轮迹沉降差与压实度之间的回归经验公式.结果表明,运用经验公式可根据现场测量沉降差对多土类土石混填路基的压实度进行较为准确的预测.     

高速铁路路基B组填料振动压实参数优化室内试验研究

目前,高速铁路路基通常采用振动压实方式进行填筑,然而针对粗粒土填料振动压实参数选择的研究较少,且未考虑颗粒破碎影响.为研究高速铁路B组填料粗粒土在振动压路机作用的振动参数特性,进行室内振动压实试验,分析振动频率、激振荷载、振动次数对B组填料粗粒土压实特性的影响.研究结果表明:填料的干密度随着振动频率的增加而增加,随振动次数的增加呈迅速增长-缓慢增长-平稳增长3个阶段,随激振荷载的增加干密度存在一包络区域,发现选取填料最优振动参数时需同时满足2个条件即频率为最优振动频率且激振荷载大于第2临界荷载(CL2),并最终确定填料的最优振动参数为振动频率f∈[25 Hz,30 Hz],振动次数n∈[2500,5000]且激振荷载Ps大于110 kPa;振动压实作用下颗粒破碎主要以研磨破碎为主,颗粒破碎率随振动频率的增加而增大,并在最优频率区间时破碎率出现最大值.研究成果可为高速铁路路基填筑作业提供参考.     

高速铁路路基B组填料振动压实参数优化室内试验研究

目前,高速铁路路基通常采用振动压实方式进行填筑,然而针对粗粒土填料振动压实参数选择的研究较少,且未考虑颗粒破碎影响.为研究高速铁路B组填料粗粒土在振动压路机作用的振动参数特性,进行室内振动压实试验,分析振动频率、激振荷载、振动次数对B组填料粗粒土压实特性的影响.研究结果表明:填料的干密度随着振动频率的增加而增加,随振动次数的增加呈迅速增长-缓慢增长-平稳增长3个阶段,随激振荷载的增加干密度存在一包络区域,发现选取填料最优振动参数时需同时满足2个条件即频率为最优振动频率且激振荷载大于第2临界荷载(CL2),并最终确定填料的最优振动参数为振动频率f∈[25 Hz,30 Hz],振动次数n∈[2500,5000]且激振荷载Ps大于110 kPa;振动压实作用下颗粒破碎主要以研磨破碎为主,颗粒破碎率随振动频率的增加而增大,并在最优频率区间时破碎率出现最大值.研究成果可为高速铁路路基填筑作业提供参考.     

基于振动能量的新型高速铁路路基压实连续检测控制指标研究

针对现有高速铁路路基连续压实检测指标的不足,通过分析路基压实过程中振动轮与填料间能量的传递特性,提出基于振动信号能量的高速铁路路基连续压实控制指标CEV,并与传统的CMV指标进行对比验证其有效性,主要研究结论有:随压实遍数的增加,填料的密度、刚度呈现出先增大后稳定的趋势,在填料由松散状态变为密实状态过程中,振动信号所携带的能量同样呈现出先增大后稳定的趋势;结合能量守恒定律,以振动轮振动信号所携带能量的变化特性来反映整个压实过程中的能量交换,利用振动信号能量谱的形式对其进行表征,并以此作为连续压实控制指标,判定填料的压实程度。建立CEV指标和动态变形模量Evd间的相关关系,其相关系数均大于CMV指标,表明所提出的CEV能量指标在路基连续压实控制中是可行的。     

基于数据驱动的地下车站 能耗预测模型对比研究

对比了最小二乘多元线性回归、岭回归、Lasso 回归、随机森林、XGBoost 在地下车站通风空调、垂直 交通能耗预测领域的应用效果。研究发现,对于地下车站通风空调和垂直交通能耗预测,各算法的均方根误差 的变异系数(CV-RMSE)均在 10%以下,可达到工程应用要求的精度。其中,XGBoost 算法在通风空调能耗预测 中的 CV-RMSE 为 5.1%,在垂直交通能耗预测中的 CV-RMSE 为 5.4%,预测效果明显优于其他算法。从计算 成本来看,最小二乘回归、岭回归、Lasso 回归算法计算成本较低,随机森林和 XGBoost 模型调参复杂、计算 成本较高。对比常用的数据驱动算法在地下车站能耗预测中的预测精度和计算成本,为地下车站模型的搭建提 供算法参考。     

高速铁路路基压实参数对振动波演化特征的影响研究

以京雄城际铁路固安东站路基段为试验区段,从时域、频域、时频域和能量域四个方面研究不同压实参数下振动波的演化特征,结果表明:在路基压实过程中,随着压路机行驶速度的增加,路基填料加速度峰值减小,振动轮加速度峰值增大,两者加速度衰减率逐渐增大。随着压实遍数的增加,振动波在填料中沿水平方向传播的加速度峰值衰减率逐渐降低。振动波自振动轮至填料传播过程中,基波、一次谐波到五次谐波幅值呈指数分布,且有严格的指数函数相关性;对振动信号进行Hilbert-Huang变换,随着压实遍数的增加,振动轮和填料中振动波的能量峰值逐渐增加;随着振动压路机行驶速度的增加,振动轮和填料中振动波的能量峰值逐渐降低。     

细粒土填料重型压路机强振碾压动力变形特性研究

通过理论分析推导不同铺填厚度条件下细粒土振动碾压压实度沿深度变化的基本规律,并通过有限元ABAQUS分析软件,针对不同铺填厚度条件下细粒土振动碾压进行三维有限元模拟。通过控制不同的碾压层厚度,模拟不同铺填厚度条件下细粒土的压实情况,得到相关应力、位移、塑性应变分布图,进而得出使用大功率超重吨位超大激振力全液压自行式强振压路机条件下细粒土的最佳碾压层厚度及碾压次数。研究结果表明:根据细粒土不同深度处压实度曲线,可以方便确定经济有效的碾压施工参数;最佳铺填厚度条件下可使压实能量有效传递至整个填层厚度,压实施工经济高效;当铺填层厚度超过最佳厚度后,传递至填层下部的压实能量很小,导致土的压实度相对较小,并影响碾压层上部土体的压实度。本文研究成果对细粒土的振动碾压施工具有参考价值。     

基于袋装回归树的高铁车体振动耦合因素分析及建模研究

高铁车体振动状态是列车运行安全性和乘坐舒适性的重要指标,且影响参数较多,如何利用小样本数据准确获取车体振动参数是目前需要解决的一个难题。结合Pearson和Spearman两种相关性算法,计算高铁车体3个方向的振动加速度与测量参数之间的相关系数,通过设定阈值确定耦合因素及训练集,并利用袋装集成算法和回归树算法构建以车体振动加速度为输出的耦合关系模型。为了验证耦合因素分析及模型的有效性,利用GJ-5轨检车测量数据,将模型的输出结果与所有检测参数训练下的输出结果及实际测量数据进行对比。实验及分析结果表明,在样本数据减小了74%情况下模型精度相当。因此耦合关系模型可用于在小样本下快速准确获取车体振动加速度。     

振动轮两侧加速度差异及连续压实指标优化研究

连续压实控制技术主要通过振动轮单侧振动响应描述土体压实状态,已在工程中得到广泛应用。然而,研究发现压实过程中存在振动轮两侧加速度响应不一致的现象,这可能导致现有测试方法在相同位置出现不同的刚度测试结果,因此研究振动轮两侧振动差异性对提高连续压实测试精度具有重要意义。结合现场试验,采集压路机振动轮两侧的加速度信号,重点分析了不同压实遍数、振动频率下两侧加速度峰值、倍频幅值的变化与分布规律;以双侧响应为基础提出平均指标,通过相关性分析对指标适用性进行验证。研究结果表明：随着压实遍数的增加,两侧加速度峰值差异逐渐减小,经4遍压实后差异由24.4%降至13.3%;振动轮结构偏心会造成振动轮两侧加速度频谱中基频幅值差异的产生,被压土体两侧刚度不均会造成2倍频、3倍频幅值差异的产生;双侧平均指标μ_AICV与动态变形模量的相关性为0.75,表明双侧平均指标μ_AICV可用于路基压实质量控制,相比单侧连续压实控制指标,可有效提高现场质量控制精度。     

铁路路基戈壁土填料级配及压实特性分析

通过对新疆戈壁地区某铁路路基试验段各工点填料的颗粒分析试验、重型击实试验、振动击实试验以及现场的压实质量K30检测,分析戈壁粗粒土的颗粒组成、颗粒级配、粗颗粒含量及细颗粒含量对压实效果的影响。分析表明:新疆戈壁地区填料主要为不均匀级配不连续土,大部分属于B组填料,且由东向西由细变粗,属于缺级粗粒土,填料中1～2 mm粒径含量相对偏少,是造成填料级配不良的因素之一;填料中粗颗粒含量及细粒含量对最大干密度的影响显著,且存在着良好的线性关系。运用多元线性回归,建立了填料的颗粒级配特征粒径与最大干密度的回归方程。各工点现场K30检测结果分析表明,当填料的级配处在泰勒理想级配范围内,填料中粗颗粒含量在60%～70%左右时,压实效果良好。     

高填石路堤施工中的压实质量控制

通过试验路段的试铺与压实,确定了填石路堤碾压遍数、碾压速度等参数,以及沉降差控制标准.施工中采用分层填筑的施工方法,避免不同性质的材料混填,严格按照试铺时碾压速度、碾压遍数等工艺施工,并采用沉降差检测指标进行检测等,是保证填石路堤压实质量的关键.     

戈壁地区高速铁路路基填筑试验研究

通过兰新铁路第二双线路基试验段某工点戈壁土现场填筑试验,采用地基系数、静态变形模量、动态变形模量、孔隙率4种参数对路基质量进行检测,探讨戈壁土的物理特性、含水率、碾压机械、压实厚度等不同施工参数对压实效果的影响,提出合理碾压组合工艺。由力学检测指标间相关性分析表明各指标间具有一定的相关性,但相关性一般。由物理检测指标间相关性分析可知孔隙率检测标准有待减小。提出戈壁地区压实检测标准建议值,现场实测时建议以地基系数和孔隙率或压实系数为主,可有效保证填筑质量,加快施工进度。研究结果可为类似工程质量控制、检测提供参考。     

温度与振动耦合作用下青藏铁路路基沉降可靠性分析

为探究青藏铁路多年冻土区路基不均匀沉降变形趋势规律的工程问题,定量研究环境温度和行车振动耦合作用对路基沉降变形所产生的影响.基于青藏铁路沿线590个测点近118个月现场检测数据进行计算分析,以环境温度、行车振动应力、时间为输入变量,路基沉降值为输出数据,建立路基沉降变形规律的多元线性回归模型.通过对回归模型的统计分析,...     

铁路环境振动的特性及其频率分析

本文通过对地表面振动和不同楼层内振动信号的线性谱和1/3倍频程分析以及峰值—频率统计处理,获得了我国铁路环境振动的一些有意义的结果:(1)载重量和列车行驶速度对城市区域内的地表面和楼房振动频率分布的影响;(2)振动频谱与土质表面、不同楼房结构之间的关系;(3)地表面振动最大值频率分布;(4)铁路两旁楼房振动最大值的分布;(5)随距离增加,地振动传播中的频率衰减规律。