中—强膨胀土地区铁路路堑基床动静态特性模型试验

为研究以中—强膨胀土为地基的高速铁路路堑基床在不同服役环境下的动静态特性,在实验室内进行1∶1大比例尺模型试验,分别对基床在干燥状态、降雨和地下水位上升3种服役环境下以4 Hz频率进行100万次激振,监测路堑基床不同位置的动态响应和变形规律。结果表明：轨道正下方位置基床范围内的动应力主要受服役环境影响,与激振次数关系不大;动应力沿深度的衰减曲线近似成二次曲线型;膨胀土路堑基床变形受服役环境的影响大于振动次数;干燥状态和降雨时,基床变形随着振动次数的增加先增大后趋于稳定,地下水位上升时,基底膨胀土膨胀变形,并引起基床产生回弹变形;基底膨胀土干缩湿胀过程中的“过程性变形差”会造成轨面标高反复变化,极大的增加线路维护工作量。     

不同服役环境下高速铁路膨胀土路堑基床振动特性模型试验

为研究铺设半刚性防水结构层的膨胀土路堑基床的振动特性,在实验室内进行1∶1大比例尺模型试验,对基床在干燥、降雨和地下水位上升3种服役环境下以4 Hz频率分别进行100×104次激振,监测路堑基床不同位置的加速度和速度响应。结果表明:在相同循环动力荷载作用下,服役环境对新型基床结构的振动加速度和速度大小具有显著影响,但对二者沿基床深度方向的衰减规律影响不大;与干燥服役环境相比,路基面的加速度和速度增长幅度在降雨服役环境下分别为35%和20%,地下水位上升时分别为45%和23%。     

红黏土临界动应力与高铁无碴轨道路堑基床换填厚度

针对武广高速铁路无碴轨道红黏土路堑基床长期动力稳定与换填厚度问题，利用改造后的应力控制式动三轴仪，研究了循环荷载作用下原状结构红黏土动应变随振次的变化规律，获得了11种试验条下原状结构红黏土临界动应力。按曲线走势特征，红黏土
曲线可分为衰减型、临界型、破坏型3类，具有与其它黏性土相同的曲线型式。基于室内动力试验及现场动响应测试成果，采用临界动应力法初步评价了武广高速铁路无碴轨道红黏土路堑基床的长期动力稳定性，给出了相应的基床换填厚度最小值。探讨了含水比、围压、固结比对红黏土临界动应力及路堑基床换填厚度的影响，通过多元线性回归得到了两个简单实用的经验估算公式。红黏土临界动应力随含水比的增大线性减小，随围压、固结比的增大线性增大。基床换填厚度随含水比的增大线性增大，随围压的增大线性减小，固结比对基床换填厚度的影响就本次试验成果而言还不明显。研究成果为我国高速铁路无碴轨道路堑基床长期动力稳定性评价及换填厚度的确定提出了新的思路和方法，也为红黏土动力特性的深入研究积累了宝贵的第一手资料。     

降雨入渗对路基动力响应的变化规律研究

研究降雨入渗条件下高铁路基动力响应的变化规律对于识别路基潜在病害,保障路基稳定性有显著意义。通过1∶1大型现场模型激振试验,探讨高铁路基在降雨入渗条件下其内部动力响应的变化规律。研究表明,与正常工况相比,软化工况下的加速度和动应力均减小,越靠近路基表层,衰减量越明显,在路基表层,加速度和动应力的衰减量达到50%左右。软化工况下,沿路基中心沿深度方向上,动应力的衰减规律与加速度不同的是,动应力在软硬界面上出现界面效应,导致动应力在软硬交界处略有增大。动应力在路基中传播时存在应力扩散现象,造成路基下部的动应力幅值大于路基上部的现象。随着激振频率的增加,同一深度加速度衰减量先增大后减小,频率为19.1 Hz时达到最大值,动应力在距路基表面0.35 m内衰减量逐渐增大,0.35 m以下与加速度规律相似。     

模拟路基动力响应的原位激振试验研究

动荷载下路基动力响应规律是研究路基长期动力稳定性的基础。采用自行研制的分离式变频激振器,开展铁路路基动力响应的模型试验,研究不同激振频率、动载水平下铁路路基本体的动力响应规律,掌握石灰改良土+粉质黏土填筑的铁路路基本体的共振频率约为25 Hz,路基表层的振动加速度、动应力随着激振频率的增加而显著增大;弄清了振动加速度、动应力沿深度和水平方向的变化规律,两者在主要影响深度1.5 m处已衰减90%,表明其沿深度方向的衰减速度较无砟轨道路基情况下快,而两者沿水平方向的变化受到应力扩散效应的影响,在浅层水平面会迅速衰减,而一定深度(0.7 m)处反而比较稳定,反映了路基动力响应的空间变化特征。     

高铁无碴轨道红粘土路堑基床动响应测试与分析

针对武广高铁无碴轨道红粘土路堑基床的动力稳定性问题,在现场进行基床动响应测试,获得了振动速度、振动加速度、动应变、动应力最大值及其在竖向及横向测试断面上的变化规律。探讨了竖直深度、水平距离、行车线路、轨道类型对路堑基床动响应的影响。结果表明：动响应随深度增加近似按指数函数衰减,随水平距离的增加按倒＂V＂字形（右线车）或...     

不同高度土工格室整治基床下沉病害的试验研究

采用 0 .10 ,0 .15和 0 .2 0m高的土工格室进行整治铁路基床下沉病害的试验。从列车荷载作用下基床土动应力的实测数据 ,分析了不同高度土工格室的轨下动应力衰减差异及设计所需的换填厚度。分析表明 ,采用的格室高度愈高 ,轨下动应力衰减愈明显 ,所需换填厚度愈小     

冻融循环后高温冻结粉土在循环荷载下的动力特性试验研究

对经过10次冻融循环的青藏人工冻结粉土试样在-1℃恒温状态下进行了3Hz和5Hz两种加载频率、不同动应力幅值的单轴循环动荷载压缩试验。试验结果表明:冻融循环后高温冻结粉土的累积应变随着振动次数的增加呈增长的趋势,在相同的振次时,动荷载应力幅值越大,累积应变越大;频率越高,临界动应力越小;初始阶段应变速率随时间的增大而减小,但随着振动时间的增加,破坏型曲线的应变速率达到一个最小值后开始增大,稳定型曲线的应变速率则在一定幅度的范围内波动;在振动时间相同时,动应力幅值越大、动荷载振动频率越高,应变速率越大;动应力幅值越大,破坏应变越大,破坏时间越短;同一动应力幅值下,频率越高,破坏时间越短。     

高铁无碴轨道路堑基床换填厚度与动力稳定

 针对武广高速铁路无碴轨道红黏土路堑基床换填厚度的确定问题,基于室内动力试验与现场动力响应测试成果,分别采用临界动应力法、动剪应变法初步评价红黏土路堑基床的长期动力稳定性,给出同时满足动强度和动变形条件的基床最小换填厚度理论值。在此基础上,综合考虑铁路路基构造要求、实测路基动响应影响深度、红黏土的特殊工程性质、安全储备等因素,给出便于工程应用的红黏土路堑基床最小换填厚度建议值。含水比、围压对基床换填厚度的影响表现为：换填厚度随含水比的增大而增大,随围压的增大而减小。对比分析表明：如果高铁无碴轨道路基满足动变形条件,则动强度条件就自动满足;动变形是高铁无碴轨道路基长期动力稳定的控制因素;动剪应变法是一种优于临界动应力法的高铁无碴轨道路基长期动力稳定性评价方法。研究成果为高速铁路无碴轨道路堑基床换填厚度的确定提供新的思路。     

高速铁路路基动力响应研究

针对京沪高速铁路上一处典型路基,利用Fortran语言编制车辆-轨道-路基动力大耦合计算程序,考虑轨道的不平顺性,对高速铁路路基的动力学特性进行了研究,得出以下结论:加速度、动应力以及位移随深度的增加而呈非线性减小,前两者最后趋于稳定;总体来讲,路基内的动应力值随列车速度的增大而增大。然而,路基本体内部不同埋深处的峰值加速度和峰值动应力、基床表层处的水平和竖向位移随着列车行驶速度的增加呈现多峰值现象。列车的轴重对基床表层处的竖向位移和路基本体内的动应力具有显著影响,但是对前者的影响要明显强于后者,在后续重载铁路设计中需要重点考虑。     

铁路路基下膨胀土地基浸水响应现场试验

在工程建设中,膨胀土大都属于非饱和土范畴。对高速铁路无砟轨道路基而言,膨胀土的胀缩变形可能加剧线路的不平顺性,影响高速铁路的正常运营。为研究铁路路基荷载下非饱和膨胀土土层在人工浸水后的变形特征,结合云桂铁路建设,设计并开展了铁路原型路基荷载下膨胀土地基现场浸水试验,并监测了从路基填筑开始到人工浸水结束时膨胀土地基与路基本体变形及浅层土水分的时程变化。试验结果揭示了膨胀土地基浸水饱和后的极限相对膨胀量、膨胀变形沿路基横向与地基深度的分布规律以及地基表面膨胀变形沿路基本体的衰减特征。基于试验成果,初步提出了以路基表面膨胀变形为0作为控制标准确定路基临界填高的设计思路。现场试验的设计原则与实施方法也可为今后研究铁路路基下膨胀土地基胀缩特性提供参考。     

季节性冻土区铁路路基动力响应模拟

为了研究列车荷载作用下季节冻土区铁路路基的动力响应规律,采用ABAQUS有限元软件建立京哈铁路路基模型,平衡初始地应力,并以此为基础,对单次列车荷载以及长期列车作用下的高铁路基进行动力响应数值模拟分析。结果表明,在单次列车、列车长期荷载作用下,对比不同时期路基的位移场、应力场变化情况,得出季节性冻土区夏季温度较高时,单次列车荷载下路基表面竖向位移、速度、加速度、应力值均大于冬季,在相同深度处各值的衰减程度也大于冬季;同一时期单次列车荷载与列车长期荷载分别作用下,单次列车荷载作用下的路基竖向位移与应力等值大于列车长期荷载作用下的结果。     

重载铁路过渡段路基动力响应特性试验研究#br#

掌握列车移动荷载作用下路基的动力响应特性可为路基沉降预测,状态评估提供依据。开展重载铁路过渡段路基动力响应测试,研究动位移峰值沿线路纵向及边坡方向的变化规律,分析路肩处动位移峰值的随机分布规律。研究列车动荷载作用下路基的动力响应特征,并揭示振动能量沿路基边坡的衰减规律。结果表明：列车动荷载对路基的作用具有明显的周期性,可将相邻车厢的两个前后转向架作为一个加载单元,在该加载单元的重复作用下路肩处的动位移峰值服从正态分布。重载列车动荷载作用下路基的振动频率主要分布在0~20Hz范围内,振动能量从路肩向坡脚方向衰减剧烈,基床层受列车动荷载影响显著,而基床以下路基受列车动荷载影响非常微小。分析结果有助于评估列车荷载作用下路基的瞬时及长期动力稳定性,同时为采用模型试验及数值分析手段研究路基动力响应特性时准确模拟重复列车动荷载提供了思路。     

土-结构相互作用下消能减震结构损伤分析

基于系统化的集总参数模型表征土体动力特性,上部结构每层恢复力模型采用Takeda滞回模型,研究了地震动输入强度和土体剪切波速对消能减震结构损伤指数的影响。研究结果表明：无论是否考虑土-结构相互作用,随着结构阻尼比的增加,消能减震结构的损伤指数都得到了有效降低;考虑土-结构相互作用后,在峰值加速度为0.1g地震动作用下,非减震结构随着土体剪切波速的下降结构损伤指数基本不变,而对于消能减震结构,随着土体剪切波速的下降结构损伤指数会上升;当地震动峰值加速度增加到0.3g时,非减震结构与减震结构随着土体剪切波速的下降,结构损伤指数随之增大。     

Full-scale model testing on the dynamic behaviour of weathered red mudstone subgrade under railway cyclic loading

Although weathered red mudstone (WRM) is widely distributed in the southwest of China, its suitability as a fill material for the subgrade bed of a high-speed railway (HSR) has not been comprehensively investigated. This paper presents the results of a field full-scale model testing of the cyclic loading and response of a railway track-subgrade system for the Dazhou-Chengdu Railway, where some WRM has been used in a newly designed subgrade structure. A control section of the HSR was also built using a traditional subgrade bed (Group A&B material) to compare the performances of the different sections. To better understand the dynamic characteristics and cumulative deformation of the two types of subgrade, the dynamic actions of different axle loads and different train speeds were simulated using specifically designed track-cyclic-loading equipment. The transverse and vertical distributions of the dynamic stress, dynamic displacement and acceleration of the track-subgrade system were measured and evaluated. The influence of the wheel axle load on the growth factor of the dynamic parameters, the vertical attenuation coefficient of the dynamic stress, and the effect of using WRM in the subgrade on the post-construction settlements were investigated. The tests enabled the development of cumulative settlement laws with railway loading for the two types of subgrade. Although the dynamic parameters and cumulative settlement of the WRM subgrade are always greater than those of better-quality material (Group A&B subgrade), they comply with HSR regulations. In conclusion, the results demonstrated that weathered red mudstone can be used as a filling material in the newly designed subgrade structure for HSRs.     

高速铁路路基粗粒土B组填料大型动三轴试验研究

为研究高速铁路路基粗粒土B组填料的动弹性模量与阻尼特性,进行了大型动三轴试验。结果表明:动应变是影响粗粒土B组填料动弹性模量和阻尼比最主要的因素。随着动应变增大,动弹性模量呈幂指数减小、阻尼比呈S型曲线增加。随着固结围压或加载频率的增加,动弹性模量和阻尼比均增大。随着振动次数的增加,动弹性模量呈减小的趋势,应力水平越低衰减幅度越小。根据试验结果,建立了考虑围压、频率影响的动弹性模量及阻尼比关于动应变的关系模型,为高速铁路路基粗粒土B组填料的动力参数取值提供参考。