高速铁路加筋土挡墙土工格栅蠕变损伤本构模型研究

基于土工格栅加筋土挡墙良好的工程特性,在高速铁路路基中具有广泛的应用前景。土工格栅在一定环境温度和荷载水平的长期作用下会发生蠕变变形,将影响加筋土挡墙的长期工作性能。基于不同温度(20℃、30℃、40℃、50℃)和不同荷载水平(35%、40%、45%、50%、60%)下土工格栅蠕变的试验结果,分析温度和荷载对土工格栅蠕变过程的影响特性,建立了土工格栅的黏弹塑性蠕变损伤本构模型,确定了蠕变损伤模型的各指标参数值。通过室内蠕变试验结果与蠕变损伤模型理论结果的对比,论证了该本构模型的合理性与可靠性。最后,通过对土工格栅蠕变损伤模型各参数进行敏感性分析,认为塑性系数R和损伤材料参数a、n越大,土工格栅的恒速蠕变阶段越短,越容易发生加速蠕变断裂。研究结果可为高速铁路加筋土挡墙长期性能评价与工程设计提供参考。     

基于修正Iwan模型的铁路基床动力湿化特性研究

不断增加的列车动荷载与排水不畅是导致重载铁路基床产生不均匀沉降的主要原因之一,正确认识其变形规律对提高重载铁路长期服役性能有至关重要的作用。在包神铁路瓷窑湾站病害段基床部位取土样,基于单线法对土样进行动荷载作用下的湿化试验。试验确定了湿化作用下土体累积塑性应变方程及软化指数关系,同时分析了浸水作用对滞回曲线的影响。基于试验结果,提出土体动力湿化作用下的修正Iwan模型,并通过试验验证了模型在动应力增加情况下有较好的适应性。研究结果有助于预测重载列车动力荷载作用下基床土体变形,并对评价既有线路开行大轴重列车的适应性提供参考。     

粉细砂地层柱洞法下穿市政道路中跨扣拱工序优化研究

对深孔注浆地层固结体物理力学参数进行直剪试验及三轴试验等室内试验,得到固结体的各物理力学指标,且认为三轴试验所得各指标更为真实、可靠。在此基础上,对粉细砂地层浅埋暗挖车站柱洞法中跨扣拱工序进行了数值模拟,对比分析了地表沉降和结构应力特征,提出了合理施工工序建议。研究结果为石家庄地铁平安大街站提供了技术支持,也可供类似工程参考。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道层间传力规律及离缝破坏研究

水泥乳化沥青砂浆层离缝是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要病害。本文采用双线性黏结滑移模型表征轨道板与砂浆层的黏结关系,对推板时的层间传力规律进行理论分析;利用有限元方法,根据推板试验结果对层间参数进行拟合,研究推板时层间传力规律;基于黏结滑移模型,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道三维有限元模型,分析极限温度梯度荷载作用下层间破坏规律。结果表明:温度梯度荷载作用下,层间的伤损主要产生在板边,与现场观察的离缝一致;层间黏结强度的增加能够减小层间伤损值及伤损区域,黏结强度小于0.025 MPa时在正温度梯度荷载作用下轨道板容易出现上拱现象;该层间模型中的弹性段长度δ_1值对层间传力规律影响较大,δ_1值的增加能够有效减小层间伤损值及伤损区域。     

季节性冻土区隧道保温层御寒保温技术研究

为了满足交通的便捷和时效性,我国修建在寒区的隧道工程越来越多。针对困扰季节性寒区隧道工程的冻害问题,以季冻区桦皮岭隧道为依托,开展寒区隧道保温层御寒保温技术研究。首先,开展现场环境温度和竖直钻孔隧道洞口段围岩温度场变化监测,获得计算模型所需精准温度荷载及地表活动层围岩温度场受影响范围;其次,建立基于Fluent流体计算软件的"围岩-衬砌-保温层-空气"气固耦合计算模型,并通过对比现场地勘资料验证计算模型的合理性;最后,对不同保温材质、不同铺设厚度和铺挂方式进行了对比分析。结果表明:围岩温度场随外界大气温度呈近似三角函数周期变化,但"滞后效应"明显;地表活动层围岩温度受影响范围约为8 m;设置保温层处内外温度存在"跳跃"现象,内外温差最高达8℃;硬质聚氨酯保温材料较聚酚醛泡沫塑料和泡沫玻璃御寒保温效果分别提高了近20.6%和80.9%;最优保温层厚度为5 cm,最优铺挂方式为衬砌内表面铺设。     

一种测量斜拉桥拉索索力新方法——垂度法

考虑拉索弯曲刚度、索端安装减振装置以及几何非线性等因素的影响,采用有限元软件ANSYS分析某斜拉桥拉索索力与垂度的关系。结果表明:当斜拉索索力较大(垂度较小)时,离开其锚固位置和阻尼减振装置一定距离,从拉索中部任意选取一段适当长度拉索的索力与垂度之间存在确定的函数关系,且这种关系几乎不受斜拉索本身的弯曲刚度和两端支承条件的影响。据此提出通过测量斜拉索中部某索段的垂度确定索力的方法——垂度法。该方法依据测量出的所选索段的倾角、弦长和最大垂度,按推导的公式计算所选索段的平均索力,根据每延长米的索力差和索段的位置确定整个拉索的索力。模型试验结果表明,用垂度法测得的索力误差在2%以下。     

随机轮轨力作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测仿真

以现场实测轮轨力为样本,利用参数假设检验方法,确定轮轨力幅值和频率特征,进而根据轮轨力分布特征编制荷载谱。建立轨道结构的多跨连续梁模型,分析群载作用下钢轨受力情况,确定最大弯曲应力所在位置;利用子模型技术,取最大弯曲应力所处的一跨钢轨为研究对象,建立子模型,分析不同幅值下轮轨接触斑内局部应力情况。根据临界平面法思想,建立随机轮轨力作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型。结合具体实例分析表明:在一定速度范围内,轮轨力符合正态分布;根据随机轮轨力作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型,预测U75V钢轨通过约560万吨总重时轨面萌生裂纹,与现场观察结果吻合。     

基于强度应力比的挤压性围岩隧道承载拱变化规律研究

围岩承载拱理论可很好地解释隧道施工过程中围岩是承载主体,特别是挤压性围岩隧道支护抗力远小于初始地应力,围岩承载主体地位更为突出。围岩强度应力比是挤压性围岩隧道变形分级的主要判别指标。从围岩承载拱理论出发,推导了基于强度应力比的挤压性围岩隧道承载拱理论解,建立了围岩承载拱范围与挤压性围岩隧道变形分级的定量关系。研究结果表明:挤压性围岩隧道围岩承载拱厚度随围岩强度应力比减小而增大,随隧道洞径增大而增大,随围岩强度减小而增大,随初始地应力的增大而增大,随支护抗力的减小而增大;通过地层注浆加固改善围岩强度及通过增大支护刚度而提高支护抗力,均可有效降低承载拱厚度,从而提高围岩稳定性。研究成果可为挤压性围岩隧道设计施工提供理论支撑。     

简易轴向拉伸试验仪设计及试样合理尺寸的试验研究

针对现有土工抗拉仪存在的缺陷与不足,设计改良出一套简易轴向拉伸试验仪。通过四角调节螺栓和夹具设计,消除摩擦阻力和端部应力集中,通过轴心线的控制避免试样偏心受拉。可以完成不同尺寸长方体试样的抗拉试验。由于目前试样尺寸没有统一标准,为了得到试样的规范尺寸并分析试样尺寸对抗拉特性的影响,利用设计的拉伸装置,对不同截面和长细比试样进行试验。得到的试验结果有:ω=18.0%,ρd=1.30 g/cm3时,不同截面试样平均抗拉强度值在14.2~14.6 k Pa,平均极限位移值在8×10-2~9×10-2mm;ω=22.0%,ρd=1.45 g/cm3时,不同长细比试样平均抗拉强度值在14.4~14.9 k Pa,平均极限位移值与长细比的关系式可表示为b=9.706 7×(l/a)-6.97。分析表明:只要试样的物理状态(含水率ω和干密度ρd)相同,不论含水率ω是否小于或大于塑限值,抗拉强度值均不受截面和长细比的影响;含水率ω低于塑限值时,极限拉伸位移不随试样的截面变化;含水率高于塑限值时,极限拉伸位移与长细比呈递增的线性关系。计算每组试样抗拉强度值的极差和标准差并分析数据的离散性,结合制样难易程度和用土量等方面综合考虑,提出截面边长2.5 cm,长细比3的试样尺寸较为合理,为今后开展土体抗拉强度研究提供可靠依据。     

多孔火山岩骨料混凝土轨枕疲劳裂缝扩展研究

为研究多孔火山岩粗骨料混凝土轨枕在东非地区铁路轨道工程中应用的可行性,对其进行了疲劳试验,利用三维光学应变测量仪和裂缝测宽仪对轨枕疲劳试验中产生的裂纹高度和宽度进行测量,研究轨枕疲劳裂纹扩展规律。研究发现:疲劳裂纹扩展速率呈现明显的非线性特征,多数情况下最终裂纹高度小于中和轴高度;最大残余裂纹宽度小于0. 05 mm,满足规范要求。表明多孔火山岩骨料混凝土轨枕疲劳性能满足中国现行规范要求,可在东非地区推广应用。