高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型与验证

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力响应是高速铁路设计、施工和运维普遍关注的问题。为了较好地掌握高速列车荷载作用下的无砟轨道、路基以及地基各结构的动力响应，采用实体单元对无砟轨道结构、路基和地基进行建模，考虑扣件系统的5层垫片和弹条，以超弹性材料本构关系模拟橡胶垫片的大变形行为，以三维黏弹性静-动力统一人工边界模拟无限地基，以静动力顺序分析模拟路基和轨道的建造过程，以实测轮轨力模拟列车高速运行时产生的激励，构建高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型，采用实测数据，从动位移、动应力和动应变三方面对模型进行验证。研究结果表明，所建模型间接地考虑了空气和轨道不平顺对高速运行列车荷载的影响，考虑了扣件系统多层垫片间接触压力的传递和扩散，能很好地模拟列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基系统的动力响应，与实测结果吻合很好。高速列车荷载作用下基床表层的动应力小于20 kPa，动应变处于10με量级，表明路基处于小应变和弹性变形状态。该模型可用于深入研究高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力学行为，为高速铁路无砟轨道结构及路基设计、优化提供一种有效的计算分析手段。