既有重载铁路路基压实指标与承载力的关联度分析研究

将K_(30)、E_(VD)、E_(V2)、E_(V2)/E_(V1)4个基本参数作为判断既有重载铁路路基压实度的基本评价指标,通过现场测试获得既有重载铁路路基的4项压实度评价参数,通过轻型动力触探试验间接获得既有重载铁路路基承载力,分析既有重载铁路路基承载力与压实度指标之间的关联度,通过分析可知:4个基本参数与既有路基承载力之间的关联度较好,同时,K_(30)、E_(VD)、E_(V2)、E_(V2)/E_(V1)与路基承载力fk呈现比较明显的多项式关系,现场试验结果表明:该拟合关系对路基承载力在98~142 k Pa的c组粉质黏土填料压实度指标的估算具有一定的实用价值。     

重载铁路路基基床结构设计研究

研究目的:目前我国重载铁路路基厚度的设计依据现行高速铁路路基设计规范,但重载列车与高速列车作用下路基的工作机理存在较大差异。为此,本文根据弹性理论建立轨道-路基三维有限元模型,分析不同荷载水平和基床结构形式下路基动应力分布和衰减规律,提出用动强度控制设计方法确定不同轴重下重载铁路路基基床厚度。研究结论:(1)重载铁路荷载条件下,由于需要考虑轮轴的叠加效应,路基动应力衰减速率明显减小;(2)依据现行重载铁路设计方法得到的路基设计厚度处的动应力与自重应力之比为0.3~0.5,不满足设计要求;(3)采用动强度设计原则,25 t轴重下的基床整体厚度为2.1~2.3 m,30 t轴重下的基床整体厚度为2.8~2.9 m,35 t轴重下的基床整体厚度为3.2~3.3 m;(4)该结论可为重载铁路路基基床结构设计提供参考。     

含水率对K_(30)值和E_(vd)值相关性的影响研究

研究目的:K_(30)和E_(vd)均为检测路基压实质量力学指标的现场原位检测方法。一定条件下同类性质土中,K_(30)值和E_(vd)值线性相关性良好,但其相关性易受填料性质、施工工艺、气候状况等因素的影响,含水率是重要的影响因素之一。选取重庆地区某铁路工程中采用低液限粉质黏土填筑的路基进行K_(30)与E_(vd)的对比试验,研究含水率对K_(30)值和E_(vd)值相关性的影响。研究结论:(1) K_(30)值与E_(vd)值相关性受各种因素的影响显著,在有条件的情况下,应该通过K_(30)与E_(vd)的对比试验来确定其相关关系,尽量避免生搬硬套;(2)在较小含水率变化范围内,K_(30)值与E_(vd)值的线性相关性较好;当含水率变化范围为1%时,K_(30)-E_(vd)拟合曲线的相关系数R2值在0. 945 6～0. 981 9之间;随着含水率变化范围的增大,线性相关性变差;(3)随着含水率的增大,K_(30)值和E_(vd)值均呈现减小趋势;但E_(vd)值的减小速率大于K_(30)值;(4)随着含水率的增大,K_(30)-E_(vd)拟合曲线的一次项系数增大,常数项减小;(5)本研究成果可用于指导路基压实质量检测及路基填筑过程控制。     

含软弱夹层重载铁路路基水平旋喷桩加固效果分析

结合我国重载铁路含软弱夹层路基的病害特点,提出一种路基水平旋喷桩加固技术。利用ANSYS将不同轴重列车模拟为沿轨道移动的振动荷载,重点分析不同轴重重载列车通过路基病害区段加固前后基床结构的动应力与动变形。结果表明,加固后路基侧向应力也有所减小,整体路基结构受力有所改善。     

重载铁路路基荷载特征和路基动力响应分析

研究目的:近年来,重载铁路因其经济性较好在我国广泛建设,重载铁路路基基床承受重载列车动荷载作用较大,为了更好地分析重载铁路动荷载对路基病害诱发的影响,进一步优化重载铁路路基基床厚度结构设计,本文利用三维有限元对道砟厚度、基床表层厚度、基床表层模量、轴重等因素对重载铁路路基动应力特征和基床范围内动应力的传递分布影响进行仔细的研究。研究结论:通过数值计算和与既有重载铁路实测动应力比较分析得出以下结论:(1)路基中竖向动应力随着轴重、道床厚度、表层厚度和表层模量的变化规律为:路基基床中的竖向动应力随着轴重的增大而增大,随着道床厚度增大而减小,而基床表层模量和基床表层厚度对竖向动应力影响较小;(2)重载铁路30 t轴重相对于普通铁路23 t轴重增加约30%,而增加道床厚度可显著减小其动应力,50 cm较35 cm道床厚度各部位动应力减小约20%;(3)计算得出重载铁路路基动应力的合理数值模型和相关参数,为重载铁路路基基床厚度结构设计提供了合理的计算方法。     

浅析冲击碾压在黄土路基中的应用

冲击碾压是地基处理的一项新工艺,与传统压实机械相比,其压实效率高,费用低且处理厚度大,特别是在处理软弱土地基时有明显优势。针对重载铁路施工中出现工后沉降的问题,结合工程实际,介绍了冲击碾压工艺的原理、设备和方法以及对路基施工质量的影响。施工实践表明:冲击碾压工艺可提高路基压实度,减少路基工后沉降量,确保铁路的使用功能。     

重载铁路路基动荷载特征

通过朔黄铁路30 t轴重列车试验,分析重载铁路路基基床动荷载幅值和分布特征,研究重载列车与普通列车作用下路基动荷载的区别。研究结果表明:重载铁路路基动荷载与轴重基本呈线性关系,30 t轴重下平均值为59 kPa,最大值达到123 kPa,轴重从25 t提高至30 t,路基动荷载增大约20%;动荷载的影响分析须考虑前后车厢相邻转向架叠加的影响,重载列车邻轴距小,相邻转向架的四轴之间相互融合,路基动荷载纵向剖面基本上呈"矩形波"形态分布,普通车邻轴距较大,相邻转向架之间的叠加不明显。重载铁路路基动荷载特征的分析为重载铁路路基基床结构的设计和评估提供了重要技术支撑。     

重载铁路路基荷载条件及动力特性研究

研究目的:重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国的广泛重视。重载铁路路基基床受列车载荷作用影响最为显著,其厚度设计通常按列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比为0.2的原则确定。而分析轮轴力通过钢轨在轨枕上的荷载分担规律又是进行路基动应力计算的先决条件,因此分析列车荷载分担规律以及动应力在路基中的衰减规律是非常必要的。本文根据弹性理论建立轨道-路基有限元模型,进行不同荷载水平和基床结构形式下路基的荷载条件分析,求解路基面动应力分布和衰减规律,为基床厚度设计研究创建基础。研究结论:(1)轴重和基床结构形式不影响轨枕荷载分担规律,单轮轴作用时荷载由5根轨枕承担,双轮轴作用由8~9根轨枕承担,四轮轴作用由15根轨枕承担;(2)无论轮轴力作用于轨枕正上方还是两轨枕间的任何位置,其荷载分担比经Gauss函数拟合后的函数曲线形状、大小以及性质都保持不变,只随轮轴力的移动而移动;(3)单轮轴作用时,列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比均在0.2左右,基床厚度满足设计原则,但双轮轴、四轮轴作用时,列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比在0.3~0.5之间,基床厚度不满足设计原则;(4)该研究结论对重载铁路路基基床结构的设计具有指导意义。     

朔黄铁路重载扩能的路基强度评估

采用轻型动力触探N10试验、地基系数K30试验和弹性波探测等对朔黄重载铁路两个过渡段路基进行加固前后路基状态的检测,结合轴重分别为25t、27t、30t,行车速度分别为80km/h、100km/h共6种不同扩能方案,进行路基动力响应的有限元模拟和拟静力分析,对朔黄铁路重载扩能的路基强度条件进行评估。结果表明,加固前过渡段路基强度和承载力较低,不满足朔黄铁路进一步重载扩能的要求。采用斜向高压旋喷桩加固强化后,路基强度明显提高,加固后的朔黄铁路路基强度能够满足轴重27t、速度100km/h的行车要求,但尚不具备开行30t轴重重载列车的条件。     

中塞铁路路基主要设计技术标准对比

研究目的:匈塞铁路塞尔维亚境内铁路主要采用欧盟标准和塞尔维亚标准设计。为推动中国标准走出去,本文围绕铁路路基工程主要技术标准中列车轨道荷载、路基面形状及宽度、路基基床结构、路基填料及压实标准、边坡防护、路基排水、支挡结构、路基沉降控制等方面,开展中塞铁路路基标准对比分析,研究中国标准在塞尔维亚铁路路基工程中的适用性。研究结论:(1)中塞两国标准对列车轨道荷载、路基面形状及宽度、路基基床结构做了不同的规定,铁路路基设计中需要依据塞尔维亚标准;(2)在路基填料及压实标准、边坡防护、路基排水、路基沉降控制方面,中塞两国标准是相似的,而且中国标准做出了更详细的分类和设计规定,中国标准在塞尔维亚是适用的;(3)中塞两国标准在支挡结构设计中采用两套不同的设计方法和理论,中国标准采用容许应力法和极限状态法设计相结合的方式进行支挡结构设计,安全系数和分项系数是在中国铁路建设过程中不断实践总结出来的,缺少在塞尔维亚应用的经验;(4)本研究成果可为中国标准在塞尔维亚铁路路基工程设计中的应用提供借鉴和参考。     

重载铁路路基粗粒土填料回弹特性试验研究

粗粒土填料广泛应用于重载铁路路基基床层,填料的物理和应力状态对重载铁路路基的回弹特性有重要的影响.为研究粗粒土填料在列车循环荷载作用下的回弹特性,开展一系列循环荷载作用下的大型动三轴试验,分析粗粒土填料在不同含水率、动应力幅值、循环振次、围压条件下回弹模量的变化规律.结果表明:饱和稳定试样,回弹模量约在1 000圈左右...     

斜向旋喷桩加固既有重载铁路路基状态评估

以斜向旋喷桩加固朔黄重载铁路路基为工程背景,通过对典型路基断面进行现场检测,评价加固前后的路基状态。对相应断面路基的稳定性进行分析计算,得到加固前后的稳定安全系数。并借助于有限元软件进行平面建模,分析加固前后列车荷载作用下的路基面的沉降。对斜向旋喷桩的加固效果进行综合评估,结果表明斜向旋喷桩对提高路基稳定性及降低路基面的沉降具有积极作用,可供类似工程参考。     

客运专线路基压实检测指标的试验研究

针对我国客运专线路基压实检测方法和检测指标过多,利用武广客运专线岳阳段2种典型填料的击实试验和现场4种检测方法的检测结果,对路基压实检测方法与检测指标进行分析.研究结果表明:对中、粗颗粒填料用统一的孔隙率来控制压实度具有不合理性,基床底层的28%和本体的31%的孔隙率要求与相应的压实度95%与92%不匹配;一次变形模量E(ι1)和地基系数K_(30)之间有较好的相关性,可用同一函数进行拟合,当K_(30)为150 MPa/m时,E_(ν1)约为35 MPa;建议完善路基压实检测方法,修正检测指标以保证路基压实质量,简化路基压实检测的程序.     

基于动力触探的高速铁路路基压实状态分析

国外一高速铁路建设过程中中断了施工并更改了设计标准。为掌握其路基压完状态,通过分层开挖分层原位测试,研究动力触探(DPT)锤击数N_(63.5)分别与压实指标——压实系数K、动态变形模量E_(vd)和地基系数K_(30)的关系。结果表明:路基压实指标随DPT锤击数增加而不断增大,土体压密程度变大导致压实指标随DPT锤击数增长率降低;根据压实指标K,E_(vd),K_(30)与N_(63.5)关系曲线发展特征,建立了路基压实指标DPT分析模型,通过现场实测数据验证了模型预测能力,并提出具有95%可靠度的K,E_(vd),K_(30)分别与N_(63.5)的关系的修正模型。研究成果已在国外推广应用,大幅节约了工程投资。     

考虑荷载间歇的粉土填料变形行为及临界弹性应变分析

路基受到的动荷载由列车通过时的连续性周期荷载与列车未通过的荷载间歇组成,大多数对路基填料变形特性的研究中忽略了荷载间歇的存在,无法正确认识列车荷载对路基的作用特征。为了对间歇性循环荷载作用下的重载铁路路基粉土填料变形特性进行研究,开展不同动应力、含水率及围压条件下连续性循环荷载和间歇性循环荷载的动三轴对比试验,探讨荷载间歇对粉土填料累积塑性应变及弹性应变的影响,分析间歇加载下粉土填料的弹性应变变化规律。试验结果表明,荷载间歇显著影响粉土填料的累积塑性应变大小和变形行为;间歇阶段的存在使得粉土填料抵抗弹性变形和破坏的能力得到提升;间歇加载下粉土填料的弹性应变随动应力幅值和含水率的增加而增大,随围压的增大而减小。通过对间歇加载下试样的不同变形行为类型进行分析,得到不同安定状态下的临界弹性应变的取值,试样为最优含水率、天然含水量及饱和含水率时,安定极限弹性应变分别为0.14%,0.11%及0.09%,蠕变极限弹性应变分别为0.30%,0.17%及0.13%。研究结果拓展了安定理论的适用性,为认识和评价重载铁路路基的变形行为提供参考。     

铁路路基沉降病害监测技术研究

研究目的:随着高速及重载铁路的发展,路基沉降已成为列车运营安全控制要素,大量路基病害均与此有关。本文通过铁路路基沉降病害特征、作用机理及沉降预测方法的研究,并对传统路基监测方法和三种新型路基沉降监测方法(车载探地雷达监测技术、合成孔径雷达干涉技术和分布式布里渊光纤传感技术)进行分析,为铁路路基沉降病害监测提供参考。研究结论:(1)铁路路基沉降主要来自路基本体和地基两个方面,是在多种因素共同作用下产生的;(2)沉降预测方法主要是基于已有的监测数据,并处于不断发展的过程中;(3)传统的监测方法已不满足高效、无损、实时的现代监测要求,新型监测方法基本满足要求,但仍存在一定的局限性;(4)在铁路路基沉降监测方面,有向分布式光纤传感监测技术发展的趋势。     

斜向旋喷桩加固重载铁路路基效果研究

以斜向旋喷桩加固朔黄重载铁路路基为工程背景,运用ABAQUS软件建立三维有限元模型,对比分析均布荷载作用下斜向旋喷桩加固路基前后路基内附加应力分布、路基面沉降的变化规律。研究结果表明:斜向旋喷桩加固路基后,在桩-土交界区域存在应力集中现象,尤其在桩底区域应力集中现象最明显。斜向旋喷桩加固后沿横截面方向不同位置处的附加应力值均较加固前降低,应力分布更加均匀,斜向旋喷桩具有明显的支撑加筋作用。斜向旋喷桩加固后,路基面各位置沉降值明显降低,斜向旋喷桩对降低静荷载作用下路基面的沉降具有积极作用。研究结果为进一步揭示斜向旋喷桩加固效果和朔黄重载铁路扩能改造工程提供参考。     

循环荷载下重载铁路路基累积动应变分析

研究目的:基于山东东营某重载铁路路基工程,以重载铁路路基为研究对象,通过一系列循环振动三轴试验,探究在氯盐侵蚀和循环振动荷载双重因素耦合作用下重载铁路路基的累积动应变发展变化规律,进一步揭示路基土体变形影响因素及其规律。研究结论:(1)循环振动荷载作用下,土体累积动应变随着循环振动次数的增加而不断增大;(2)不同的动应力比下,累积变形曲线呈现出稳定型、临界型和破坏型三种类型;(3)干密度越大,土体抵抗变形的能力越强,累积动应变发展速率越小,临界动应力比越大;(4)土体的累积动应变发展速率随含水率、含盐量和振动频率的增大而不断加快;(5)围压和含水率均可以改变土体累积动应变的发展类型,随着围压的增加,路基的变形速率降低;(6)该研究成果可为重载铁路路基设计与施工提供参考。     

现代有轨电车短枕埋入式轨道路基优化分析

研究目的:为研究列车荷载作用下各关键影响参数对轨道路基结构的受力和变形影响规律,并获得轨道路基最优参数组合,本文通过建立有轨电车短枕埋入式轨道路基有限元分析模型,采用正交试验方法分析扣件刚度、轨道板厚度、支承层厚度、基床总厚度、基床压实指标K_(30)5种因素对轨道路基结构力学特性的影响,为弥补正交试验定量分析的不足,借助层次分析法确定各项评价指标权重系数,最终确定短枕埋入式轨道路基结构的最优参数组合。研究结论:(1)扣件刚度对钢轨位移影响最大,轨道板厚度对轨道板纵向弯矩和路基顶面动应力影响最大,基床压实指标K_(30)对基床顶面变形影响最大;(2)钢轨位移、轨道板弯矩、基床顶面位移和动应力的权重系数分别为0.085、0.583、0.043、0.289;(3)最佳轨道路基设计方案为扣件刚度40 kN/mm、轨道板厚度0.24 m、支承层厚度0.27 m、基床总厚度1.1 m、基床压实指标(K_(30))110 MPa/m;(4)综合运用正交试验和层次分析法可以将定性问题转换为定量问题进行求解,从而使得分析结果更加具有科学性和说服力;(5)本研究成果对有轨电车短枕埋入式轨道路基结构设计具有参考价值。     

冲击碾压技术在湿陷性黄土路基整治中的应用

以颗粒分析、电镜扫描、荷载试验和黄土湿陷试验为主要手段,对冲击碾压整治后黄土路基的压实效果进行分析,探讨了不同能级冲击碾压处理条件下,湿陷性路基黄土粒度的成分、微结构、承载力、湿陷性、压实度的变化规律与影响深度,对黄土地区路基的大面积机械化施工有重要的参考价值和指导意义。