350 km/h高速铁路有砟轨道基床结构的技术条件分析

采用车辆轨道路基垂向耦合动力学模型,研究了轨道高低不平顺下有砟轨道路基动力影响系数φ_i的概率分布特性;根据循环荷载下路基粗粒土典型填料单元模型试验反映出的累积变形状态特征与荷载水平的关系,明确了基床以下填料处于无时间效应变形状态、基床填料处于微弱时间效应变形状态的设计工作状态;以基床结构的动强度、长期动力稳定性、循环变形为设计控制指标,开展了高速铁路有砟轨道基床结构的技术条件分析。研究表明：表征路基承受列车动力效应程度的φ_i沿线路纵向服从对数正态分布;列车荷载作用下,路基各结构层的累积变形状态与填料性质密切相关;基床结构的长期动力稳定性为设计主控因素,据此,提出了适用于350 km/h有砟轨道高铁基床双层结构型式的技术标准建议。     

高速列车随机激振载荷无砟轨道路基的动应力分布规律

相较于传统的列车轨道路基整体耦合三维有限元模型，提出一种优化处理列车荷载的方法，基于多体系统动力学理论建立列车轨道垂向耦合模型，并通过数值计算得到考虑了轨道随机不平顺条件下的轮轨激振载荷，随后利用二次开发子程序将轮轨载荷导入无砟轨道路基天然地基土非线性数值分析三维有限元模型，在此基础上研究分析高速移动荷载作用下路基的动应力分布规律。研究结果表明：采用的车辆荷载处理方法在保证计算精度的前提下代替车辆不平顺轨道路基地基整体耦合振动模型，降低了建模及计算时间成本；竖向动应力沿横向分布规律，在轨道结构中数值较大，路基基床内远小于轨道结构中的数值，基床表层及基床底层底面出现"马鞍形"分布；沿竖向分布，随着深度的增加，竖向动应力逐渐减小，在基床表层内的衰减率较大，甚至超过50%；沿纵向分布，在各结构层内产生了与转向架数目相等的应力峰值数目，列车运行过程中轨道及路基动应力的变化可以看作是反复的加、卸载过程；列车移动速度对路基动力响应影响作用明显，时速由200 km/h增长到350 km/h时，各结构层动应力幅值增长均超过30%。     

列车相向运行对双线无砟轨道高速铁路路基动应力响应分析

为了研究在不同高速列车相向运行速度组合作用下双线铁路路基结构的动应力响应,运用ABAQUS软件,建立了列车相向高速运行的双线高速铁路车辆-轨道-路基系统的动力有限元模型.结果表明:在两列动车组相向运行作用下,基床表层及底层表面沿线路横向动应力分布不对称,路基本体表面动应力分布相对对称;动应力在距基床表层表面2.7 m范围内呈线性衰减,动应力降至路基最大应力的50%左右;在2.7~7.2 m范围内,等效应力幅值衰减速度有所减缓,7.2 m至更深的范围内,动应力衰减最为缓慢;在深度为4.5 m左右至更深的范围内动车组相向运行速度越快等效应力幅值越低;基床表层动应力随动车组纵向间距的变化呈双驼峰形分布,分别在2列动车组的一位和二位转向架横向同轴时达到驼峰;随着动车组相向运行速度的提高,列车荷载所引起的动应力振幅增大,对基床表层的影响更持久、损伤更大.     

温度与列车荷载作用下高速铁路无砟轨道力学性能研究进展

为深入了解温度及高频列车荷载作用下无砟轨道结构损伤研究进展，概述无砟轨道的主要结构型式及其优缺点，梳理无砟轨道温度场与温度效应的研究现状，重点分析不同温度荷载形式下层间界面损伤发生、发展过程与变化规律；介绍静力作用下路基、桥上无砟轨道的静力特性及疲劳荷载作用下的疲劳损伤演化机制；探讨温度-列车荷载耦合作用下无砟轨道结构力学响应研究现状及其重难点；总结目前研究的局限并进一步展望未来发展趋势。结果表明：具有太阳辐射地域性差异的无砟轨道温度作用模式和取值鲜有研究，设计规范也没有针对性说明，后续应结合历史气象数据准确计算无砟轨道温度作用，绘制不同地域的无砟轨道温度作用取值等温线地图，提高结构温度作用取值和温度计算理论的精度；对温度及列车荷载对无砟轨道结构损伤的研究多集中于整体结构，细部结构损伤演化未深入研究，应对标工程实际，结合轨道细部构件与整体结构、室内加速试验与现场试验、数值分析与试验研究，量化无砟轨道各参数与结构的映射关系；因试验条件限制，现有温度-荷载及力学试验均分段进行，仅从数值模拟角度对无砟轨道开展温度-列车荷载耦合作用下的性能研究，数值结果缺少模型试验的验证，应在单一荷载研究背景下进一步突破温度-列车荷载耦合作用下的多尺度模型试验方法、多场耦合精细化数值分析方法，揭示温度-列车荷载耦合动力学行为和轨道结构失稳机理；循环温度、持续高低温等复杂温度和列车荷载耦合效应鲜有研究，应探明复杂温度-列车荷载耦合作用下无砟轨道损伤演化机制，优化无砟轨道体系设计，完善耦合作用下的轨道结构性能服役评估标准。     

间歇性循环荷载作用下细粒土的变形特性

铁路路基承受的列车动荷载作用由列车通过时产生的周期性振动和无列车通过时的加载间歇组成, 针对此工程背景,开展不同围压、水的质量分数、动应力条件下的连续加载与加载-停振的动三轴试验,研究间歇性循环荷载作用下细粒土的超孔隙水压力、弹性应变、回弹模量和累积塑性应变的变化规律. 试验结果表明,加载间歇对路基变形特性有显著影响. 由于加载间歇阶段试样卸载以及排水作用,试样在加载阶段积累的超孔隙水压力在间歇阶段消散,土体内部颗粒及结构得到调整,试样抵抗后续荷载的能力得到提高. 此外,加载间歇显著减缓了后续加载阶段的塑性应变发展,降低了试样的累积塑性应变. 加载间歇对提高试样回弹模量、降低弹性应变的效果有限. 加载-停振的间歇加载方式可以更准确地模拟实际列车荷载作用,进而获得更具实际意义的试验结果.     

高速铁路CFG桩筏复合地基现场测试研究

基于沉降控制设计理念,沪宁城际铁路路基试验段采用CFG桩筏复合地基。为探索其沉降控制机理和承载特性,对路基沉降变形、桩土应力分布、超孔隙水压力消散等进行了长期观测,获取了一些客观的数据。分析了路堤荷载作用下复合地基沉降、土体侧向变形、桩土应力沿路基横向分布以及孔隙水压力随时间变化规律,探讨了桩土应力比与荷载分担比变化规律。为CFG 桩筏结构在高速铁路软基处理中应用进一步理论研究与设计优化提供试验依据。     

南百段膨胀土路基病害概况及防治措施

膨胀土地区的路基基床经常出现路基变形、翻浆冒泥、道渣基床土挤出等病害问题。目前,对于膨胀土基床病害的治理主要采用传统方法从设计和施工方面降低膨胀土干缩湿胀带来的不利影响。施工中路基封闭宽度不足、换填深度不够以及换填改性土质量差等问题是采用传统方法整治达不到预期效果的主要因素。通过对南昆铁路线南百段沿线的气候、水文气候条件、膨胀土特性、列车荷载影响等方面的分析,探讨了膨胀土地区铁路路基基床病害的原因,并在整治中使用粉煤灰石灰黏土制作了改性土分层碾压,用地蜂窝固砂,加大土层封闭宽度,侧沟下新修盲沟排水以及在强膨胀土路段用石灰桩处理下沉路基的方法,效果显著,可为同类工程提供借鉴。     

武昌—九江铁路路基基床病害整治施工技术

武昌—九江铁路扩能提速工程二标段既有线路路基在长期使用过程中出现了路基翻浆冒泥和基床下沉等病害.以该工程为背景,阐述了武昌—九江铁路路基基床病害的类型,分析了形成基床病害的原因以及病害产生的机理,在借鉴国内外常用的基床病害整治措施基础上,提出了行之有效的整治措施.     

交通荷载下粉质黏土路基翻浆冒泥机理试验

为研究粉质黏土路基翻浆冒泥发生规律,自主研制了一套路基翻浆冒泥模型试验装置。模型中路基层分别采用级配碎石与粉质黏土进行填筑,试验研究了交通循环荷载下路基中孔压累积、翻浆冒泥与沉降发展全过程,分析了粉质黏土地基土体成分、孔隙比等对路基翻浆冒泥的影响规律。研究表明:交通循环荷载下地基内部孔隙水压逐渐累积,当地基中有效应力为零时出现瞬态液化并发生翻浆冒泥现象。针对易发生翻浆冒泥的粉质黏土地基,试验发现黏粒含量与孔隙比是影响路基翻浆冒泥的重要参数;黏粒含量增加将使地基中孔压累积,进而发生翻浆冒泥现象;而同样黏粒含量下,地基孔隙比减小将使路基翻浆冒泥现象受到抑制。基于试验结果,在塑性指数和孔隙比坐标系下提出了地基翻浆冒泥的判别参考准则,当塑性指数与孔隙比位于该判定准则上方时,可初步判定路基易发生翻浆冒泥。本文研究可为交通荷载下道路翻浆冒泥评价与控制提供参考。     

铁路超重货物作用下的轨道路基响应

针对超重货物作用下轨道路基力学响应行为及基床结构设计问题,基于土体弹塑性理论建立了轨道-路基一体化模型,分析了轨道、路基在超重货物作用下的响应规律,揭示了其力学性能时空演化机制,提出了超重货物作用下基床整体厚度建议值。结果表明:超重货物作用下,钢轨所受动弯应力未超出允许值;枕上最大压力为222.2kN,接近Ⅲ型枕轨下截面设计承载能力230kN;道床承载力不满足超重货物运输要求,因此在列车通过前后应对道床进行充分捣固密实;基床顶面最大动应力为197.37kPa,超出了A组填料临界动应力169kPa;建议超重货物作用下基床整体厚度取为4.3m。研究成果可为超重货物的安全运输和轨道、路基的养护维修提供理论依据及技术参考。     

2.5D有限元分析列车荷载引起非饱和土地面振动

为研究高速列车荷载引起非饱和土地面振动,将地基视为三相介质,开发非饱和地基2.5维有限单元方法.用Euler梁模型模拟轨道系统,对控制方程进行时间Fourier变换和轨道方向波数变换,结合边界条件和Galerkin法推导出频域内2.5维有限元方程,频域-波数域内解答通过快速Fourier逆变换得到时域-空间域结果,通过数值分析考察车速和路基饱和度对地面振动及超静孔隙水压力影响.结果表明:车速较低时,路基从近饱和到完全饱和轨道中心处地面竖向振动位移幅值显著增加;同一速度下非饱和路面加速度幅值大于饱和路面,其地面振动位移和加速度随时间更快衰减.同一车速下距轨道中心8 m处非饱和路基地面振动加速度峰值远大于饱和路基,车速超过300 km/h后两者地面振动位移幅值趋于相等.近轨道处地面振动幅值快速衰减,远轨道处衰减变慢.轨道中心下超静孔隙水压力分布深度为地表下0～4.5 m,最大峰值约在1.8 m,且随路基饱和度降低显著减少.     

季冻区CRTS I型无砟轨道不平顺规律及受力特性

为探讨路基冻胀变形对轨道不平顺及结构受力的影响规律,基于ANSYS有限单元分析方法,以哈大高速铁路冻胀区路基段为研究基础,建立了考虑限位凸台、凝胶树脂及层间粘结接触特征的CRTS I型板式无砟轨道-路基冻胀冻融耦合精细化有限元模型. 在此基础上,探讨局部冻胀区路基冻胀变形发生位置、不同冻胀波长及幅值对无砟轨道结构的影响,分析了短波冻胀下轨道不平顺、层间离缝特性与静力学性能. 结果表明:短波冻胀时无砟轨道结构不平顺范围、变形、离缝、受力等各项指标均随冻胀波长的减小、冻胀峰值的增加而增大;冻胀发生于底座板板中时对轨道结构受力影响最大,冻胀发生于底座板伸缩缝时对轨道结构变形离缝影响最大;相对于轨道板结构,底座板承受拉应力最大,冻胀发生于底座板板中时结构受力影响更大;在轨道结构抗拉强度方面,底座板为限制结构,建议冻胀检修限值的波长为10 m、峰值为5 mm.     

Mechanical characteristic variation of ballastless track in high-speed railway: effect of train–track interaction and environment loads

Railway Engineering Science - Due to the fact that ballastless tracks in high-speed railways are not only subjected to repeated train–track dynamic interaction loads, but also suffer from...     

真空降水联合强夯法加固粉土路基的研究

结合绍兴滨海新城新东线道路的软基处理工程,进行了真空井点降水联合强夯法的现场试验研究。试验过程中对每遍处理过程中的孔隙水压力、地下水位、施工沉降进行了实时监测和分析,并对加固后的路基进行静力触探检测和地基承载力检测。结果表明:真空井点降水联合强夯法可有效加固深厚饱和粉土路基,能加快孔隙水压力消散,缩短工期;并使加固后土体的Ps值和地基承载力显著提高,有效加固深度达8 m,处理效果显著。     

细粒含量对饱和砂土动孔压演化特性的影响

利用GDS循环三轴仪,对不同细粒含量砂土进行了不排水动三轴液化试验,并基于Seed孔压应力模型,研究了细粒含量对液化进程中动孔压演化特性的影响。研究结果表明：细粒含量对砂土孔压发展影响较大,其影响主要体现在孔压发展模式参数θ的不同。含细粒砂土中细粒含量与孔压参数θ的关系不是呈单调的线性关系。参数θ先随着细粒含量的增加而减小,并在细粒含量为30%时达到最小值,之后随着细粒含量的增加又逐渐增加,不同的是参数θ在细粒含量超过30%后,其增加的趋势相对平缓。通过对不同细粒含量砂土动孔压演化特性试验研究,更进一步证明了临界含量的存在,试验所用的含细粒砂土,临界细粒含量在30%左右。     

列车加减速引起轨道结构和饱和地基振动

为了研究列车加减速引起的饱和地基振动问题,基于两相介质Biot动力控制方程的简化u-p格式,开发二维饱和土体单元. 通过引入饱和土体黏弹性人工边界,求解移动点荷载作用下的二维饱和地基动力响应,并与半解析解进行对比验证,说明饱和土体单元的正确性和黏弹性人工边界的适用性. 结合E-B梁单元、弹簧-黏壶单元和集中质量单元对轨枕、道砟离散支承的轨道结构及饱和地基进行二维有限单元离散. 将列车荷载简化为平面内的移动轴荷载,通过与列车匀速时对比研究列车加速和减速时饱和地基的孔压、位移响应及离散轨枕、道砟的加速度响应. 结果表明列车减速将增大轨枕、道砟的水平及竖向加速度峰值;列车加速和减速在饱和地基中引起方向相反的土体水平向位移,且减速时土体水平位移峰值更大;列车加速和减速均增大土体竖向位移峰值.     

高铁不同刚度桩网复合地基工作性状差异

结合沪宁城际铁路CFG桩网复合地基试验段和京沪高铁砂桩网复合地基昆山试验段,在现场试验断面埋置土压力盒、沉降计和孔隙水压计等监测仪器,获取地基沉降、桩和桩间土压力、孔隙水压等监测数据,对比分析CFG桩与砂桩网在高速铁路地基工作性状及工后沉降控制效果中的差异。分析结果表明：CFG桩网和砂桩网联合堆载预压均可满足高速铁路无砟轨道工后沉降控制要求,CFG桩网复合地基沉降总量与沉降速率均小于砂桩网复合地基,且收敛速度快;受桩刚度差异的影响,CFG桩网复合地基与砂桩网复合地基桩土应力规律存在较大差异,前者桩土应力比随着路堤填筑加载而增大,最终趋于稳定,后者桩土应力比随荷载增加先增大后减小,再增大,呈波浪形变化;CFG桩网地基超孔压消散速率远小于砂桩桩网地基的超孔压消散速率;在施工工期较短的情况下,与砂桩网复合地基相比,CFG桩网复合地基处理技术的工后沉降控制效果更优。