季节冻土区高速铁路路基温度场及保温措施分析

在我国的很多地区,尤其是北方地区,广泛的分布着季节性冻土,由于高速铁路对路基变形有着严格要求,而在季节冻土区修建高速铁路,路基土壤会随着季节性的冻融而发生变化,必然会对高速铁路路基造成影响,从而影响铁路的安全运营,所以要保证高速铁路路基拥有较强的稳定性,能够安全有效地保障铁路运营,冻土问题必须要得到解决。对于通过季节冻土区的高速铁路而言要解决冻土问题,高速铁路路基的温度场必须得到良好的掌控,并且采取一系列的、积极的路基施工保温措施,避免铁路受到季节性冻土的影响。     

兰新高速铁路高寒地段路基温度场数值模拟分析

兰新高铁浩门至大梁区间所处地区海拔高,气温低,冻结期长,属于深季节性冻土区。为解决该区间路基冻害问题,依据当地气候条件,运用ANSYS有限元分析软件,对低路堤、零断面换填路基及不同深度处铺设保温材料的路基温度场进行数值模拟,分析路基冻结深度的变化规律和最大冻结深度,为高寒区高速铁路路基冻害防治措施设计提供参考。研究表明:(1)由于兰新高铁浩门至大梁区间海拔高、冬季冻结时间长、气温低等原因,导致路基冻结深度大;(2)零断面换填路基实测地温和数值模拟计算结果基本相符,所选计算模型、参数等可以为其他相同条件断面数值模拟分析采用;(3)铺设保温板路基温度场较未铺设保温板的0℃线上移,冻结深度增加速率变小,最大冻结深度明显减小,路基保温效果较好;(4)由于路基边坡、基床以下部位土层性质、厚度、热物理参数等影响,低路堤最大冻结深度比零断面换填路基大。     

多年冻土区含保温夹层路基温度场的数值模拟

多年冻土区道路的修筑，改变了原来天然地表与外界的热交换关系，引起多年冻土区冻土的融化，从而导致路基面破坏，本文运用有限元分析方法，对多年冻土区含保温夹层的路基度场进行了数值模拟，为了检验保温材料的效果，计算时采用改变保温材料聚苯乙烯（EPS）层的厚度，宽度，埋设位置及路基表面条件，来模拟路基面下多年冻土季节最大啧2化深度在今后50年内随时间的变化，通过对计算经和多年冻土上限变化的分析比较，得出了在多年冻土区路基中铺设保温材料对路基面下多年冻土具有明显的保护作用，总结出在多年冻土区路基工程中铺设保温层的合理厚度与位置。     

高速铁路采空区桩板结构路基沉降数值模拟

桩板结构在国内多条高速铁路软土黄土路基中已得到广泛应用,但该结构用于处理路基采空区的研究成果不多。以合肥至福州高速铁路采空巷道上方车站桩板路基为研究对象,数值模拟分析路基的变形规律,为桩板结构处理高速铁路采空区地基设计施工提供有价值的参考。研究表明:路基沉降主要集中于地基浅层;桩身长的桩的沉降量要小于桩身短的沉降量;穿过采空巷道的桩和没有穿过采空巷道的桩两者沉降量相差不大;结构能够有效限制采空巷道顶板变形;采用桩+承台板结构作为采空巷道地基的工程处理方法是有效的。     

寒区高速铁路路基冻胀数值模型及防冻胀措施

寒区高速铁路路基的冻胀融沉直接影响列车的高速、安全和平稳运行。基于非饱和土渗流和热传导理论,将冻土水分场和温度场耦合,建立冻土的水热耦合微分方程;基于土体冻胀为各向同性的体积膨胀并且与材料的热膨胀现象相似,建立路基的冻胀模型;由水热耦合微分方程计算含冰量,再通过水动力冻胀模型计算路基的冻胀变形。数值计算与实测的路基冻胀变形规律基本吻合,均在路基达到最大冻结深度且冻结层开始双向融化时产生冻胀峰值,验证了数值模型的有效性;运用建立的数值模型分别计算保温板路基、保温板+沥青混凝土路基和保温板+沥青混凝土路面+碎石路基在最强冻胀效应时刻的冻胀变形,保温板+沥青混凝土路面+碎石路基的冻胀变形最小(最大值为1.3mm),保温板路基的冻胀变形最大(最大值为3.2mm)。建议在寒区高速铁路采用保温板+沥青混凝土路面+碎石路基的结构以尽量减小路基的冻胀变形。     

季节性冻土地区保温护道路基温度场数值模拟

研究路基及周围土体温度的分布规律是分析季节性冻土地区路基稳定性的重要基础,结合哈齐客专DK221+150断面3 a的现场监测数据,分析了天然地表及路基不同位置的地温分布规律;建立温度场的仿真模型,研究温度沿深度方向的变化规律;利用实测数据验证模型,分析保温护道高度对路基温度场的影响。现场监测和模拟计算结果表明:护道对路基的边坡下部和坡脚处影响较大,能够有效减小冻深,但对路基中心的温度场影响不大。     

季节性冻土地区高速铁路路基保温技术试验研究

合理的防冻胀基床结构是季节性冻土地区高速铁路防冻胀的关键。本文通过开展哈大高速铁路正线与线外现场足尺试验,对局部保温措施与全断面保温措施的有效性进行了研究。试验结果表明:路肩和线间局部保温措施只能减小保温部位的冻结深度和冻胀,不能抑制轨道结构处的冻胀,不适用于季节性冻土地区高速铁路防冻胀设计;全断面保温措施能够降低轨道结构处的冻结深度和冻胀,有较好的防冻胀效果,季节性冻土地区高速铁路路基可采用全断面保温基床结构进行防冻胀设计。     

高速铁路采空区桩板结构复合路基受力机理数值模拟

桩板结构在国内多条高速铁路软土和黄土路基中已得到广泛应用,但该结构用于处理路基采空区的研究成果不多。以合肥至福州高速铁路采空巷道上方车站桩板复合路基为研究对象,数值模拟分析路基的受力机理。研究表明:桩身轴力呈上大下小变化趋势,所有桩均为端承摩擦桩,穿过采空巷道的桩在采空巷道范围内轴力保持不变;所有桩桩侧摩阻力都呈现出先增大后减小的趋势,桩的侧摩阻力分布重心下移,穿过采空区的桩侧摩阻力分布重心要比未穿越采空区的桩要深,桩身越长侧摩阻力所占承载力比例越大;采空区复合路基的桩土应力比要比软土路基的小。     

新旧路基结合部加固措施的数值模拟研究

通过现场监测,运用有限元分析的基本原理,采用Adina数值模拟软件,分析了不同加固措施对新旧路基结合部固结沉降与水平位移的影响。加固前后的计算结果表明,开挖台阶法较为稳固,加筋土路基减小沉降和水平位移效果不明显,使用轻质路基更为经济有效。可为类似工程提供参考。     

寒区隧道温度场模型试验及空气幕保温措施

依据相似理论,以俄罗斯莫喀高铁为设计原型,搭建由高速列车驱动系统、隧道模型、温度调控系统和测试系统4部分组成的寒区隧道温度场模型试验台,分析隧道内无列车运行和有列车运行时的寒区隧道温度场变化规律;依据流函数叠加与热平衡原理推导控制方程,提出1种新型的空气幕保温措施;以京张高铁正盘台隧道为算例,利用有限元软件模拟验证控制...     

大西高速铁路路基冻胀分析及整治措施

大同—西安高速铁路综合试验段部分路基冻胀变形特征明显,变形大,段落长。部分路段冻胀量最大达18 mm,冻结深度最大达88 cm。以大西高速铁路综合试验段为研究背景,针对纬度较低的季节性冻土地区路基冻胀问题,分析了冻胀成因,探究了冻胀的发展趋势,并提出了轨道封闭-基床表层排水-基床底层排水的综合整治方案。深入探讨了关键工艺,提出了高路堑段基床底层盲沟渗水和明洞过渡段隔离开槽顺接侧沟排水的整治措施,解决了低纬度季节性冻土地区高速铁路路基结构的冻胀问题。     

北方高速铁路路基防冻胀及补强措施

北方高速铁路路基冻胀普遍存在,直接影响铁路运行速度及安全。通过分析路基产生冻胀原因,提出了相应的方法,对已发生冻胀的路基提出了冻胀补强的方法,将路基冻胀控制在设计允许范围之内,可为今后类似工程提供经验。     

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。     

磁浮矩形箱梁温度场数值模拟研究

长沙中低速磁浮工程主要采用装配式无翼缘矩形箱梁作为轨道梁,由于顶板无外挑翼缘,在日照作用下箱梁会产生较为复杂的竖向、横向温度场,而目前业界对该结构的温度场及其效应研究尚少。为获取磁浮箱梁的温度场及温度效应,文章以长沙磁浮线路某南北走向的 25 m 简支箱梁为工程背景,建立箱梁-横梁整体三维有限元模型,将现场实测数据作为输入条件,计算分析箱梁温度场、温差作用、温度挠曲及应力的变化规律。该研究成果可为后期磁浮工程装配式轨道梁的结构设计、分析及监控提供参考与借鉴。     

高速铁路声屏障脉动力数值模拟研究

基于有限体积法,采用流体动力学计算软件建立了列车通过设置声屏障桥梁时的空气动力学模型.应用滑移网格技术和大涡模拟法,计算了声屏障的三维非定常可压缩外流场,获得了不同速度、不同车头长度和不同车体长度列车通过桥梁时轨面以上2.15 m高处声屏障脉动压力极值、脉动压力时程曲线等.研究结果表明:声屏障所受脉动风压极值基本与车速的平方成正比;在车速相同情况下,6 m长车头列车产生的脉动风压比12 m长车头列车约大10%;200 m长车体列车通过时产生的脉动风压比100 m长车体列车约大7%.     

新型寒区高速铁路路基保温强化层的抑制冻胀效果研究

针对当前寒区高速铁路路基保温防冻胀材料(EPS板、XPS板、PU板等)耐久性差及局部保温措施效果不佳的不足,提出一种掺加粉砂的粉煤灰-水泥基泡沫混凝土作为路基保温型高强材料,将其施作在高速铁路路基基床表层及两侧边坡之上,形成一种新型的寒区高铁全断面保温路基结构.首先,以掺量比例为试验变量,采用冻融耐久性试验、抗压试验、...     

隧道火灾温度场数值模拟和试验研究

火灾后隧道衬围岩的损坏程度与其温度场密切相关，本文应用了一种分析火灾时隧道三维瞬态温度场的半解析有限元法，它在一维方向上采用了三 数，另两组是采用了的插值函数，将三维转化为二维数值计算问题，并与试验结果进行了比较分析，为了解隧道内外火灾温度场分布和传递规律奠定了一定的基础。     

日本高速铁路路基处理措施的介绍

介绍日本高速铁路路基标准及为达到该标准而采取的补强措施。     

高速铁路路基基底盐渍土抗溶陷措施

盐渍土的溶陷变形可能造成线路不平顺性加剧,不利于高速铁路的安全运营。而水分是影响盐渍土地基溶陷的主要因素。为研究高速铁路路基基底盐渍土的抗溶陷措施,开展了不同反压护道宽度与垂直防渗深度的渗流计算。结果表明:不同工况下,体积含水率增量沿地基深度方向均呈先增大后逐渐减小趋势,孔隙水压力增量沿地基深度方向呈衰减变化;路基坡脚外增设反压护道及垂直防渗措施均可有效防止基底浅层土的体积含水率增大,路基基底的防渗效果与反压护道宽度及垂直防渗深度成正比;建议采用3 m宽反压护道+4 m深垂直防渗作为徳伊高速铁路路基基底盐渍土的抗溶陷措施。     

高速铁路路基冻胀监测及数据分析研究

介绍高速铁路路基冻胀监测及数据分析的方法,包括基准网和变形监测的布设与测量,外业水准处理及数据的统计分析。