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。     

基于现场试验的高铁路基智能压实过程中振动波垂向传播机制

以京雄城际铁路固安车站的路基段作为试验场地,从时域、频域、时频域及能量4个方面,研究振动压实过程中不同深度填料的动力特性及振动波从振动轮至填料全过程的传播机制。结果表明:振动信号从振动轮至填料的传播过程中,振动加速度峰值近似呈双曲线分布,且与埋深呈反向关系,其传播的临界深度为1.0 m左右;振动信号传播至填料中,基波频率有所增大,基波与各次谐波的幅值则逐渐减小;在任意埋深处,振动信号的基波、1次、2次至5次谐波的幅值呈现指数递减,具有严格的指数函数相关性;Hilbert-Huang变换谱能够全面、系统地反映任意时刻振动信号的时域特征,振动压路机对于填料的有效碾压时间大致为2 s;振动能量主要集中在20~50 Hz频率内,与基波和1次谐波频率基本一致;随着埋深的增加,振动能量逐渐减小,特别是在振动波从振动轮传至填料表面时,振动能量的损耗最为严重。     

高速铁路路基振动压实理论与智能压实技术综述

高速铁路路基智能压实技术是智能高速铁路建设的重要组成部分。在文献分析的基础上,从路基填料振动压实机理、机土耦合模型出发阐述高速铁路路基振动压实理论现状,以及目前高速铁路路基压实质量连续检测、路基智能压实技术的研究进展,提出高速铁路路基振动压实理论与技术的发展方向:深化振动压实过程填料细观演化与振动压实特性的联系研究,在振动压路机-填料的动力耦合理论基础上建立动力响应指标量化分析模型,实现高速铁路路基压实质量连续检测,形成高速铁路路基智能填筑新技术。     

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。     

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。     

振动压路机压实动力特性试验研究

为分析振动压路机的压实动力特性,通过现场试验,测试了18 t振动压路机在碾压过程中路基产生的动应力,分析了距离压路机不同深度处在不同碾压次数条件下的动应力规律,结果表明,一次碾压过程中达到75%最大动应力的作用次数为10～12次,碾压8次后,竖向应力基本趋于稳定,不随碾压次数增加而增加,为保证上层碾压层的压实效果,下层模量应达到一定的模量值.     

高铁荷载下桩-土复合地基振动响应特性研究

采用一种复合正弦波(M波)模拟列车移动荷载,建立轨道-路堤-PCC桩-土复合地基三维动力有限元模型,研究高速铁路路堤及PCC桩复合地基在列车荷载作用下的振动响应特性。研究结果表明:在靠近列车荷载作用处振动响应比较强,随着与轨道的距离增加,振动响应值也逐步降低,至地基远处24.5 m处,振动响应已经很小。路堤内振动波远低于枕木处振动幅值,振动波经路堤、垫层、桩体和土体层层过滤衰减作用,在地基下部土体中振动被削弱,振动的幅值和频率范围均受到影响。经过滤后地基下部土体振动响应频率接近或者低于土体自振频率,路堤、桩体和地基振动响应曲线体现了振动波在路堤系统各部分传播特点,反映出各部分振动特性。     

振动压实中跳振影响因素的分析

振动压实过程中跳振现象时有发生,使得土壤压实度不均匀,从而造成路面易产生裂缝、沉陷等伤损,影响行车安全.考虑随振土体的质量,建立3自由度振动压路机-土系统动力学模型,推导接地工况下的动力方程解,建立跳振工况下的动态力分段线性方程,分析改变振动压路机的激振力、激振频率以及土壤刚度的变化对振动压实的影响.结果表明,合理改变...     

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.     

铁路路基填料最优振动压实模式判断准则研究

选取工程性质相差较大的2种路基填料进行现场振动压实试验,采用连续压实检测系统识别振动压实状态,系统地研究了振动压实模式对连续压实检测曲线的影响规律。试验结果表明:随着弱振碾压遍数增加,振动压实值增长幅值逐渐减小;而转换为强振模式后,振动压实值有较大增长,直至达到目标值。同时选取填料的目标振动压实值作为基数计算振动压实值变化率,通过分析在弱振模式下每1遍碾压后振动压实值变化率的发展规律,初步提出以振动压实值变化率≤8%作为最优振动压实模式判断准则。     

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。     

地铁隧道列车运行诱发环境二次振动初探

建立了车-线-隧道耦合动力学模型,输入实际的列车、轨道、隧道承力结构参数,获得地铁列车运行时的隧道承力结构动态激励。在此基础上,综合运用有限单元法和无限边界元法,建立了隧道-土体-建筑动力耦合模型,分析隧道周围土体及沿线建筑物的受振特性,探析地铁列车振动对环境的影响规律。结果表明:地铁列车运行引起周围环境的二次振动为低频振动,且主要为竖向振动和横向振动;列车通过时,地面竖向振动最大值出现在距离隧道中心线10 m处,竖向振动加速度除了在距离隧道中心线45 m点出现反弹外,其他各点的振动加速度幅值基本上都是随着距离的增加而逐渐减小;随着传播距离的增加,较高频率的振动成分幅值衰减较快。     

武广客运专线路涵过渡段振动压实试验研究

通过在武广客运专线武汉工程试验段一典型路涵过渡段内进行大型振动压路机现场碾压试验,测定不同碾压工况下涵洞侧壁动应力大小.由此得出振动压路机在过渡段作业时对涵洞作用的动应力大小,过渡段作业时的安全距离及碾压该种填料时的有效碾压深度.提出了适应350 km/h客运专线无砟轨道过渡段的最佳碾压方案.     

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。     

轨道系统钢轨振动衰减率动力测试研究

研究目的:钢轨振动衰减率是轨道结构动力分析的重要内容,可反映振动沿钢轨纵向传播的特性。本文采用试验的方法,对比分析剪切型减振器、DTVI_2扣件两种轨道结构型式下的钢轨振动衰减率,并进一步分析北京地铁特殊钢轨波磨的成因及整治措施。研究结论:(1)在大于400 Hz频率范围内,剪切型减振器扣件比DTVI_2扣件具有更大的振动衰减率;(2)剪切型减振器扣件在160~250 Hz频段的振动衰减率较低,大部分低于0.1 dB/m,在该频段不能提供足够的阻尼抑制轮轨相互作用引起的剧烈振动,这是钢轨异常波磨快速发展的主要原因之一;(3)针对性地调节轨道系统振动频率特性以避开轨道共振峰值点,并提高系统动态阻尼抑制钢轨振动,是有效整治异常波磨发展的重要改进措施;(4)本研究成果可为整治北京地铁异常钢轨波磨提供依据。     

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。     

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。     

填石料的振动压实变形特性及压实机理试验研究

在进行填石料常规土工试验的基础上,建立填石料振动压实的室内试验模型,采用平板振动器对填石料分层进行振动压实,利用水准仪观测填石料在振动压实中的沉降量,利用动土压力计观测填石层内的压力变化。试验结果表明:随着振动压实遍数的增加,填石层的沉降增加,密实度提高,但当沉降达到一定值以后,随着振动压实遍数的增加,填石层的沉降不增加反而减少,密实度降低。根据填石料在振动压实过程中的沉降变形特性及土压力的变化情况,结合应力波理论揭示填石料在振动压实中的压实机理。     

基于MFCC的路基土密实度识别技术研究

研究目的:室外路基土连续压实技术中所采用的表征指标,大多是在振动压路机钢轮上采集的振动加速度信号频率、幅值的基础上换算得到的,受跳振及机械自振影响表征效果差,信号也未得到深度挖掘。为了能找到可靠表征土体压实度的指标,本文在室内测试分析的同时引入声源材料识别技术,并基于人耳听觉和心理学,结合材料物理属性研究提取音色特征,以提高土体压实度的识别率。试验通过在室内激励不同压实度土样,采集加速度信号和声音信号,引入MIRtoolbox音色工具箱,采用听觉感知原理的冲击声特征提取法提取声音中的音色特征,并将此方法应用到加速度信号的特征提取。研究结论:(1)当锤击力为55 N±5 N级时,加速度和声音信号中提取的特征值mfcc6max与土样压实度秩相关系数分别为0.81和0.69,即可采用特征值mfcc6max作为表征土体压实度的指标;(2)反向识别土体压实度时,锤击力控制在55N±5 N,加速度信号中计算得到的mfcc6max值代入相关性方程y=0.014x-0.92,或声音信号中计算得到的mfcc6max值代入相关性方程y=0.018x-1.09,得到的两个y值可较好地反向预测土体压实度;(3...