压路机激励下重载铁路路桥过渡段动力特性研究

以蒙华重载铁路某路桥过渡区为试验对象,开展压路机激励下过渡区的动力特性试验,研究过渡区动力响应的分布规律;建立考虑振动轮-路基耦合的动力分析数值模型,研究过渡区等效刚度分布及振动轮-路基面接触力变化特性。结果表明:随着路基深度增大,动应力扩散角逐渐减小,埋深0.2~3.0 m处扩散角在78.2°~55.0°,倒梯形过渡段动应力扩散角要大于一般路基扩散角;相比列车荷载,压路机激励引起的竖向动应力在路基中衰减更快,并且在基床表层中衰减最大;压路机驶离桥台方向的基床表层动侧压力系数为0.35~0.53,驶向桥台方向为0.24~0.36,倒梯形过渡段的动侧压力系数要小于一般路基段;过渡段路基等效刚度在74.8~87.2 kN/mm,随离桥台距离增大而呈线性减小趋势;振动轮激励过程中,过渡段内的振动轮-路基面最大接触力峰值比一般路基段大,且随着过渡区刚度差的增大而增大。     

列车荷载作用下X形桩-网复合地基动力响应研究EI北大核心CSCD

基于大比例X形桩‑网复合地基模型,开展了高速铁路列车荷载下桩‑网复合地基的动力特性试验研究,分析了不同车速情况下地基土的振动速度、动应力和动位移的分布特性,探讨了循环荷载下轨道路堤地基系统的振动响应和路堤内部动应力的分布特征和衰减规律。采用PLAXIS 3D建立数值分析模型,研究了不同列车轴重及振动频率对路堤振动速度响应的影响,对比了无筋路堤与双层土工格栅加筋路堤在动荷载作用下桩顶与桩间土竖向应力的分布规律。结果表明:轨道板表面处竖向位移随时间呈“M”形周期性变化;竖向速度响应在路堤表层处最大,沿地基横向及深度方向逐渐衰减,在路堤中衰减了近90%。随着加载频率及加载幅值的增大,土体振动速度逐渐增大。动荷载对无筋路堤影响显著,土拱效应明显减弱,桩土应力比值随加载频率的提高逐渐减小。土工格栅加筋路堤张力膜效应能够减小动荷载对复合地基的影响。     

武广高速铁路无砟轨道路基动力响应试验研究

在武广高速铁路典型路基断面埋设测试元件,分别于“联调联试”阶段和运营2年后进行了动车组列车荷载作用下的路基动力试验,实测了路基动应力、振动加速度、振动速度等动力响应。分析了路基动力响应与列车速度的关系、动力响应沿路基深度变化规律和路基动力特性在运营前后的变化情况。结果表明：基床表层顶面轨下位置动应力响应比中线处大;动态响应在基床表层范围内最为强烈且衰减较快;列车荷载速度对动应力幅值影响较小,对振动加速度幅值影响较大。运营2年后与“联调联试”阶段相比,基床表层顶面动应力幅值、振动速度幅值相差不大,而振动加速度幅值在“联调联试”阶段较大;两次试验测得的z=2.7m时(基床底层底面)路基动应力幅值和振动加速度幅值的衰减率依次为73.40%~79.30%和79.28%~86.90%,z=4.2m时（路基本体内）两者衰减率依次为82.99%~89.06%和92.78%~96.31%;而振动速度幅值,z=1.8m时（基床底层内）衰减率范围为75.62%~80.80%。     

胡家屯中桥路桥过渡段动力特性试验研究

通过对秦沈铁路客运专线胡家屯中桥路桥过渡段进行动力响应现场测试和沉降观测,分析了级配碎石路桥过渡段的沉降规律;动应力、振动加速度、动位移与列车速度的关系,以及动力响应沿路基深度的衰减规律和沿线路纵向变化规律。结果表明:级配碎石过渡段能减缓路桥间沉降差;随着列车速度的提高,列车对路基的动应力作用增强,且动应力影响在基床表层较为显著;不同行车速度下,各测点振动加速度值变化不大,其分布范围一般集中在1 m/s2～3.5m/s2之间;各测点动位移受列车速度的影响不明显,其值集中在0.1 mm～0.35 mm范围内变化。     

高铁荷载下横观各向同性CFG桩桩土复合路基减振特性研究EI北大核心CSCD

基于2.5D有限元法基本原理,推导横观各向同性地基2.5D有限元控制方程,利用等代桩墙对水泥粉煤灰碎石(cement fly-ash gravel, CFG)桩桩土复合路基进行简化,建立高铁荷载下横观各向同性CFG桩桩土复合路基2.5D有限元分析模型。考虑不同车速,分析横观各向同性地基土体刚度比n对高铁荷载下地面振动的影响,研究CFG桩桩土复合路基的减振机理,探讨桩径、桩间距、面积置换率m对其减振特性的影响。结果表明:高铁荷载下地面振动随横观各向同性地基土体刚度比n的提高而减小;CFG桩能更多地将高铁运行引起的动荷载沿深度方向传导至复合路基深处,从而显著减小地面振动,且减振效果随与轨道中心距离逐渐增强;CFG桩桩土复合路基的减振效果随桩径增大或桩间距减小而增强,当桩径大于等于0.5 m或桩间距小于等于4倍桩径时,进一步增大桩径或缩短桩间距难以显著提高减振效果;振动衰减系数FVR随CFG桩桩土复合路基面积置换率m的增大而减小,当面积置换率m≥0.06时,继续增大面积置换率m对减振效果的影响较小。     

高速铁路路桥过渡段路基动响应特性研究

通过现场实测，对秦沈客运专线动力分散型机车在某路桥过渡段高速行车条件下的动响应规律进行了研究。分析了沿路桥过渡段线路纵向的动应力分布规律、列车速度和动应力的关系，以及动应力沿路基深度方向的变化规律等。分析表明：沿铁路线纵向随车速的增大，动应力有不同程度的增加；动应力随路基深度的增加衰减很快。并且随着深度的增加。动应力值和静态应力值越来越接近：过渡段路基速度动力系数小于0．3，用速度动力系数能够直观地表示速度对路基的动力作用。     

振动压实填石路堤动力响应试验研究

对贵州三穗-黎平高速公路风化板岩路堤试验段路基不同深度埋设动土压力盒,用两种重型压路机振动压实测试不同深处竖向、水平动力响应。结果表明,振动波在土中近距离传播时频率基本保持不变或略有降低,土粒在动应力作用下处于加压-卸载的循环过程;大功率压路机对表层土产生明显推挤作用并造成表层填料松散;动应力在土中以一定角度向下扩散,不同压路机扩散角亦不同;据波动理论推导所得动应力在土中随深度以指数函数衰减获得试验数据验证,竖向动应力衰减系数是水平动应力衰减系数的2倍;超大功率压路机产生的动应力水平远大于重型压路机,重型压路机在土中局部产生共振现象;实测动侧压力系数非固定值且随深度增加线性增大。     

高速铁路路堑岩质边坡的动力响应分析

为了解决高速列车振动引起的岩质边坡动力响应问题,结合秦-沈客运专线路堑岩质边坡工程实例,建立了轨道-路基-岩质边坡系统动力有限元模型;采用编制的动力分析程序,对不同列车运行速度下路堑岩质边坡的动力响应进行了数值计算,取得了高速列车振动荷载作用下路堑岩质边坡动力响应的分布规律.结果表明,动力响应主要发生在列车振动源周围5 m范围之内,最大值发生在边坡底部;随着列车运行速度的增大,边坡底部动力响应的增幅最大,且各响应中振动加速度的增幅最大.     

重载铁路水泥改良土路基动力特性试验研究

为探究重载列车动载作用下路基的动力特性,依托浩吉（浩勒报吉?吉安）重载铁路三荆（三门峡?荆门）试验段 水泥改良膨胀土路基工程背景,开展不少于400 万振次（近似模拟运营10 年内的荷载量）的现场激振试验,利用大型激振设备和配重块组合模拟了时速120km、轴重25?30t 重载列车作用,并与时速120?200km、轴重21t预留客运列车作用时的激振试验结果对比。结果表明：动应力受轴重影响敏感性大于行车速度,轴重25?30t重载列车作用时路基面动应力幅值范围约是轴重21t客运列车作用时的1.2?1.4倍;动应力与加速度沿路基深度衰减趋势吻合,在基床表层与底层范围最大衰减量分别可达40%和80%,动力影响深度略大于基床设计厚度;路基面累积变形呈“快速?缓慢?稳定”发展,控制在4 mm以内,其中前150万次占比达90%;结合测试结果评估水泥掺量为3%?5%的改良膨胀土用作基床底层及以下路堤填料满足动力稳定需求。研究成果能够为探索重载铁路基床动力水平与结构设计提供理论参考。     

综合交通枢纽场地土体振动传递特性试验研究

为研究振动波在场地中的传播规律,以重庆沙坪坝综合交通枢纽为工程背景开展现场试验,得到振动波在土体中的衰减规律,同时为土体有限元计算参数提供了参考依据。得出的主要结论有:(1)土体不同区域在人工激励下的振动响应情况略有差异,总体而言,土体的振动优势频域集中在16 Hz～250 Hz频率范围内。(2)在人工激励下,土体振动在5 m～10 m范围内衰减较快,加速度衰减在50%以上,在15 m范围以后,振动衰减缓慢,衰减量很小。振动在同一土体的不同区域衰减规律略有差异,但总体规律一致。(3)在人工激励下,土体竖向振动响应普遍大于水平向振动响应,且水平向不同方向的振动响应有一定差异。     

分数导数微分算子描述的粘弹性土层中群桩的水平振动研究

将桩周土体视为粘弹性介质,利用分数导数粘弹性模型描述土体的力学特性,在Novak 平面应变假定的基础上,借助于势函数并考虑土体边界条件求得了分数导数微分算子描述的粘弹性土层水平位移的衰减函数以及分数导数粘弹性土层的刚度和阻尼系数。利用Winkler 动力弹簧-阻尼器模型模拟桩-土之间的动力相互作用,并在此基础上利用初始参数法求解了分数导数粘弹性土层中桩-桩水平动力相互作用和群桩的水平振动问题。以数值算例的形式讨论了分数导数微分算子的阶数和土体的模型参数对分数导数微分算子描述的粘弹性土层水平位移的衰减函数和群桩的水平动力阻抗的影响。研究表明:分数导数微分算子的阶数对土层水平位移的衰减函数的影响与桩间距和荷载方向角有关;分数导数粘弹性土中群桩的动力阻抗可以退化到经典粘弹性和弹性情况;分数导数微分算子的阶数和土体模型参数对群桩水平动力阻抗有较大影响。     

Analysis of dynamic compressive stress induced by passing trains in permafrost subgrade along Qinghai-Tibet Railway

To investigate dynamic compressive stress characteristics and related influencing factors in the permafrost site along Qinghai-Tibet Railway (QTR), a numerical analysis was carried out using self-compiling train-rail-subgrade-site dynamic coupling program ZL-TNTLM and ZL-RNTLM, by which the effect of the vibrating load generated by passing trains on the natural permafrost table was analyzed quantitatively. The results indicate that: (1) the additional dynamic compressive stress depend directly on axle load, the vibration energy at subgrade top surface is relatively larger when vibration frequencies range from 0.5 to 10 Hz, and the dominant frequencies at the top of the natural permafrost table are confined to be less than 3 Hz; (2) the vibration-affected subgrade area is mainly limited to the oval zone of 6 m below sleepers, stress concentration phenomena occur in the vicinity of rail-supporting zone in ballast, the maximum dynamic compressive stress at the bedding superface presents a saddle-type distribution, and certain negative exponential function can be adopted to fit the attenuation relationship of the dynamic stress vs. depth; (3) the dynamic compressive stress of subgrade top surface is the largest in winter, then followed by spring and autumn, and the least in summer, while the corresponding trend is quite the opposite in the interior of subgrade; (4) the dynamic compressive stress surrounding the wide gap decreases with the rise of train speed, however vibration response tends to be stable at certain critical speed, and the critical speed decreases with depth below subgrade surface; (5) the additional dynamic stress at the natural permafrost table can be notably reduced by appropriately increasing the embankment height. The drawn conclusions can, believed by the authors, provide certain theoretical insight for the safety evaluation of QTR operation, vibratory subsidence prediction, as well as the construction of permafrost subgrade.     

冲击碾压改建旧水泥混凝土路面施工时的地基振动特性

为了解冲击碾压水泥混凝土路面施工时的地基振动与影响特性,基于动力三维有限元分析方法,考虑材料的弹塑性,对四楞冲击压路机冲击碾压水泥混凝土路面时地基的振动与传播特性进行了研究,并将数值计算结果与现场地基振动监测数据进行了对比分析;然后将冲击碾压地基实测振动信号作为输入,对离震源不同距离的砌体和框架建筑结构时程动力响应进行了计算,探讨了冲击碾压改建施工的安全防护标准。研究表明冲击碾压引起的地基振动具有冲击瞬态特性,地基振动中竖向振动加速度分量最大,横向振动和纵向振动加速度大小相当。振动加速度各分量沿道路横向距离10m范围内衰减变化显著,随着冲击破碎遍数递增,土基振动有增大现象。冲压振动与结构物的共振效应较小,对15m以外的完好建筑物影响很小。建议在普查无临界状态房屋条件下结构安全距离为15m,考虑对人的振动影响安全距离为20m。     

秦沈客运专线路堑段基床结构动态测试分析

通过对我国第一条铁路客运专线———秦沈客运专线路堑段基床表层的动态测试,得到了厚度分别为40cm与60cm的基床表层在不同车速下的动应力与加速度值,分析了它们在基床表层横向与深度方向的分布规律及其与速度的关系。     

基于高速铁路路基冻胀的轮轨动力响应研究

季节性冻土区高速铁路无砟轨道路基冻胀,影响了列车运行的安全性、舒适性以及无砟轨道主体结构的服役性能。为研究路基冻胀和高速行车荷载组合效应下的轮轨动力响应,建立了车辆-轨道-路基冻胀耦合动力学模型,对路基不同冻胀幅值、冻胀位置和行车速度下CRTSⅠ型板式无砟轨道轮轨动力响应及轨道结构受力进行分析。结果表明:冻胀发生区段轮轨动力响应增大,列车以350 km/h运行时的安全性和舒适性满足冻胀管理标准要求,但轮轨力随冻胀幅值和速度的增加而增大;轨道板和底座板振动加剧,在计算冻胀波长和幅值范围内,离缝处轨道板振动加速度峰值超过动态验收标准要求,容易引起离缝处CA砂浆层及路基基床表层伤损破坏,且轨道板、底座板振动加速度随行车速度增加而增大;轨道结构动应力和列车荷载传递关系密切,路基冻胀状态下列车荷载引起轨道板和底座板处于交替和交变的拉压受力状态,需要在设计中提出控制裂纹的措施,行车速度对短波冻胀时轨道结构受力影响较小。     

重载铁路路基足尺模型试验研究

以朔黄重载铁路为工程背景,通过构建重载列车模拟加载系统和路基足尺模型,开展路基动力响应试验,分析了在循环加载条件下路基的动力响应特性。试验结果表明,路基中不同深度动应力峰值均随着轴重的增加而增加,轴重越大,动应力的影响深度越大,路基中动应力随深度的增加呈负指数衰减趋势。路肩处动位移峰值随轴重的增加而线性增加。当轴重增加到30 t后,路基达到临界破坏状态,可见按照原朔黄铁路路基建造标准,其最大运行列车轴重约为27 t,如再增加列车轴重,路基需预先采取强化措施。试验结果对建造运行列车模拟加载系统及足尺路基模型具有借鉴参考意义,同时有助于深刻理解列车轴重对路基动力响应特性的影响。     

多维爆破地震动作用下框架结构动态响应有限元时程分析

爆破震动的幅值、频率与持续时间是结构爆破震动响应与破坏的重要参数,爆破安全规程规定地面建筑物的爆破震动判据采用质点峰值震动速度和主震频率,但没有指明是三向速度的合速度还是单向速度,给爆破震动判据应用带来不便。文中采用有限元时程分析讨论了不同爆破震动频率速度荷载作用下结构的动态响应,指出在较高频率的爆破震动荷载作用下,框架结构对竖直向地震波响应较大,易在竖直向地震波作用下产生破坏,并可以将三维爆破震动中最大震动速度幅值作为爆破震动安全标准值;在较低频率的爆破地震荷载作用下,震动的水平荷载引起结构的破坏是主要的,应考虑水平最大荷载的爆破震动安全标准值。即结构抗震的安全标准在高频时以垂直荷载速度峰值为准;在低频时以水平荷载速度峰值为准。     

膨胀土路堑基床新型防水层振动荷载下服役性能试验研究

膨胀土路堑基床病害是铁路工程中亟需解决的关键技术问题。针对新建云桂线膨胀土地段高速铁路工程实际,开展膨胀土路堑基床模型室内激振试验,研究新型防水结构层在干燥、降雨、地下水位上升三种极端服役条件下的动力性能及防水效果,并结合现场实测数据进行了分析。分析结果表明：服役环境对新型基床结构的动力特性影响显著,降雨和地下水位上升均引起基床动应力、速度及加速度不同程度的增加;新型防水结构层可加快基床内部动应力的衰减,动应力沿横向距离近似呈“Z”形分布,在轨道正下方出现峰值,距线路中线5.0m以外受振动影响较小;新型防水结构层能满足的防水、隔水、抗振、减振的要求,对提高铁路线路的平顺性和稳定性具有积极意义。研究成果可为新建云桂膨胀土高速铁路工程建设及同类工程实践提供参考。