基于模型试验的高铁路基动力累积变形研究

高速列车运行中的轮轴往复动荷载引起铁路线下结构产生累积变形,导致轨道平顺性变差,影响列车运行的舒适性和安全性,列车交通荷载引起的路基累积变形是高速铁路线路设计和运营维护中必须考虑的一个重要问题。基于残余应变模型建立了列车轮轴循环动荷载作用下路基填料和下卧层地基土体的累积变形计算方法;通过物理模型试验验证了该模型和计算方法的合理性,并确定了相应的关键参数取值方法,实验结果表明该模型参数具有较好的一致性。最后,通过将计算模型应用到具体的高速铁路线路动力沉降分析中,揭示了路基基床底层和地基累积变形的发展规律,分析了列车轴重和循环次数等主要控制因素的影响作用。     

刚性地基低路堤长期动力特性原位试验研究

无砟轨道与深埋式桩板结构低路堤形成的"上刚-中柔-下刚"结构体系,导致基床受力加大、状态复杂,因此有必要针对刚性地基低路堤长期动力特性进行专门的动力试验研究。通过京沪高速铁路试验段模拟列车动荷载的原位循环激振试验,测定低路堤不同断面、不同深度处的动力响应,分析刚性地基上低路堤长期动力特性。结果表明:刚性地基上低路堤动力响应在激振70万次后趋于稳定,各典型断面动位移幅值均小于0.1mm,路基面动刚度值介于280~350MN/m之间,断面间刚度差异较小;激振150~200万次后累积变形为0.3~0.4mm;由轨道结构、基床和桩板结构、地基构成的"上刚-中柔-下刚"结构体系具有良好的长期动力稳定性。     

饱和红层泥岩填料动力及耗散能特性试验研究

路基基床变形控制是保证高速铁路线路平顺性的重要前提之一，基床变形由外部荷载和路基填料动力特性决定。通过不同围压和动应力下的动三轴试验研究了饱和红层泥岩填料动力及能量耗散特性，结果表明：饱和红层泥岩填料的累积变形、应变速率和等效模量具有内在相关性，可通过状态边界面表征。围压变化将引起状态边界面形状和大小的改变，动应力则决定了填料动力响应在状态边界面中的位置。填料耗散能具有两阶段特征，先随振次增加而衰减随后到达稳定状态。填料的累积变形、变形速率和等效模量与耗散能大小有关，同样可通过状态边界面表征，耗散能则受动应力水平影响。当相对能量水平低于20%，填料累积变形最终能够稳定，处于动力稳定状态；当相对能量水平位于20%～60%，填料处于动力临界状态；而当相对能量水平高于60%，填料的长期稳定性无法保证，处于动力失稳状态。     

高速铁路轨道-路基列车移动荷载模拟的全比尺加速加载试验

介绍了一种全比尺的高速铁路加速试验装置,以重现轮轴移动荷载下轨道路基的动力响应和长期性能。根据列车移动过程中扣件承受荷载的模拟要求,提出高速铁路路基加速试验的设计准则。在此基础上自行建造完成时序式动力加载系统,由8个动态液压激振器、1套控制系统和1套反力框架构成,在室内实现最高速度360km/h列车移动荷载的有效模拟。同时在室内建设完成1∶1比尺的I型板式轨道-路基模型,通过控制填料级配、目标密度和目标含水量来保证路基的压实系数、地基系数和变形模量等指标满足规范的设计要求。前期试验表明,随着列车荷载的逐层传递,其叠加效应愈加显著。轨道结构荷载峰值对应列车轮轴,路基动土压力峰值对应列车转向架。路基横断面方向,基床顶面的动土压力呈马鞍形分布,两侧应力最大,轨道中心应力最小;地基顶面的动应力分布较为均匀。路基土体应力-变形呈现出明显的滞回特征,从长期加载过程看,土体残余变形逐渐累积,表现出明显的塑性特征;但对于每一次加卸载过程,土体的应力-应变可近似为非线性弹性行为。     

高速铁路无砟轨道路基动力特性数值模拟和试验研究

高速铁路无砟轨道改变了传统有砟轨道的结构形式,导致列车荷载在基床结构中的分布及传递特性发生变化,研究列车动荷载作用下轨道/路基系统动力相互作用问题已经成为高速铁路路基结构设计中考虑的主要问题.将三维一致黏弹性人工边界单元引入ABAQUS有限元软件,建立以连续轴重荷载组成列车荷载、采用一致黏弹性人工边界单元作为边界的三维无砟轨道/路基有限元模型,选取国家轨道试验中心的无砟轨道结构参数计算得到路基动应力,并与动车组CRH2运行的实测数据进行对比.结果表明两者具有较好的一致性,从而验证了该人工边界单元在无砟轨道高速铁路路基动力响应分析方面的有效性.该边界的成功应用为缩小计算模型、缩短计算时间和提高计算精度提供了解决方案,使得高速铁路路基动力响应的实现变得简单和方便,在个人电脑上即可方便地进行三维计算分析.     

不同频率循环荷载下公路路基粗粒填料长期动力特性试验研究

 交通荷载作用频率随着车辆运行速度等因素变化而变化,目前对不同频率荷载下路基长期性能还缺乏一致性认识。为揭示不同频率荷载下路基粗粒土填料长期动力特性,利用GDS大型三轴试验系统对路基填料进行饱和排水循环荷载试验,分析不同应力路径下荷载频率对路基粗粒填料长期动力特性影响规律。试验结果表明,荷载频率增加使路基填料在密实阶段产生更大累积体缩应变而更密实,进而路基动力回弹模量随荷载频率增加显著增加。路基填料轴向累积变形在不同频率循环荷载下也呈现不同发展规律,路基填料密实阶段轴向累积变形在高循环应力比(ζ = 3,5)下随荷载频率增加显著增大,但在低循环应力比(ζ = 1)下,荷载频率对轴向累积变形影响较小;当填料进入变形稳定阶段,荷载频率对轴向累积变形基本无影响。该研究揭示了路基填料层在不同频率荷载下长期动力特性,发现降低路基中循环应力比,可大大减小荷载频率对路基长期动力特性影响,本研究可为准确预测和控制道路工后沉降提供参考。     

列车移动荷载下高速铁路板式轨道路基动力性态的全比尺物理模型试验

列车移动荷载下高速铁路板式轨道路基的振动特性和动力荷载传递规律对高速铁路的设计和运行维护十分重要。介绍了一种全比尺的高速铁路板式轨道路基模型和可模拟真实列车荷载高速移动的分布式加载系统,最高模拟列车速度可达360 km/h。基于该模型试验平台,对中国高速列车以不同速度运行下板式轨道路基的振动和动应力特性进行了试验研究。结果表明轨道结构的振动随着车速的提高近似呈线性增加的趋势;路基结构的振动存在阶段性,列车速度低于180 km/h时振动速度增长缓慢,而后随着速度的增加迅速增大;基床表层的碎石层对振动在路基中的传播有很好的吸收作用。试验发现,尽管无砟轨道路基表面的动应力水平远低于有砟轨道,但无砟轨道路基动应力沿深度的衰减速度要缓于有砟轨道。试验进一步发现,无砟轨道路基动应力的增长模式与列车速度和土体所处深度均有关,基于试验结果提出了用于预测高速铁路路基动应力的经验表达式。     

全风化花岗岩改良土高速铁路路基填料的适宜性试验研究

 为研究全风化花岗岩用作高速铁路基床底层及路堤本体填料的适宜性,首先,对全风化花岗岩的黏土矿物成分、液塑性指标、承载比CBR值、临界动应力、累积残余应变与加载次数的关系等工程性质进行研究,依据日本和我国高速铁路设计规范要求,得出全风化花岗岩不宜直接作为路基填料,须改良后才能使用;其次,借鉴日本和我国改良土经验,以及全风化花岗岩的工程性质特点,确定它作为高速铁路基床底层及路基本体填料的外加水泥掺量;接着,通过有限元计算与现场行车动测数据结果对比,进行动力相似性分析,获取全风化花岗岩改良土路基的疲劳加载试验参数;最后,使用PMS–500型循环加载系统对新建武广高速铁路清远段全风化花岗岩改良土路基进行现场循环加载试验研究,模拟分析不同载重列车荷载作用下浸水前后全风化花岗岩改良土路基的动态特性及沉降变形规律。试验结果表明,长期循环加载下全风化花岗岩改良土路基动态指标及工后沉降变形量等均满足设计要求,可用作高速铁路的基床底层及路堤本体填料。     

孔隙水-力耦合作用下高速铁路轨道-路基结构动力响应分析

以某段高速铁路实际运营情况下轨道路基结构为工程背景,建立孔隙水-力耦合有限元模型,计算移动列车荷载作用下高速铁路路基动力响应,进而分析上部列车移动荷载作用下路基内孔隙水对轨道-路基结构动力响应的影响。研究结果表明,在孔隙水渗流和移动列车荷载的耦合作用下,基床表面以下应力分布较均匀,而基床表面以上的支撑层和钢轨承受较大应力;移动列车荷载在钢轨表面加载位置处存在应力扩散,钢轨表面中点位移变化及基床表面中点应力变化存在明显的锯齿状分布;路基内孔隙水头及列车行驶速度均会对路基动力响应产生影响,即路基动力响应主要受孔隙水头和列车行驶速度控制。     

高速铁路板-路基系统静力特性分析

介绍了国内外高速铁路无碴轨道及铁路路基基床研究的发展现状.针对高速铁路列车、轨道、路基相互作用问题,提出了将板式轨道和路基基床结构作为一个系统来考虑.利用有限元分析软件ANSYS建立了三维空间轨道板-路基模型,对板-路基系统在列车静荷载作用下的受力和变形进行分析,为板式轨道和路基基床的设计和力学参数的选择提供依据.     

路基工程施工质量控制

结合公路路基工程施工的现状,阐述了路基施工中影响施工质量的几个重要方面及施工管理实践过程中的一些心得体会,以提高路基的施工质量,从而延长道路的使用寿命。     

上海沪青平高速公路(中段)工程软土路基处理设计

上海沪青平高速公路(中段)工程软土路基处理设计,是保证工程质量、缩短工期、控制投资的重要环节。为此,根据沿线工程地质情况经设计方案比选,因地制宜地采取各种合理的处理方案,实践表明有些措施是有效的,有些措施还需施工、工期紧密配合。     

谈公路施工路基缺陷加固技术的应用

从路基缺陷的定义入手,对产生路基缺陷的几种原因进行了简要的分析,并针对这些问题给出了相应的应对措施,以期能够提高公路路基的加固技术,延长公路的使用寿命。     

路基填挖交界处治方案

针对挖土质台阶法的不足,就公路建设中的路基填挖交界处治方案——土工格栅法作了探讨,着重介绍了土工格栅法的工艺流程,指出了土工格栅法的适用范围,通过土工格栅法的处治,路基填挖交界处的变形量可控制在较小范围内,从而提高路面的使用寿命及行车舒适性。     

阿尔及利亚东西高速特殊路基处理施工要点

结合阿尔及利亚东西高速PK128＋890--PK129＋000段加筋路堤填筑施工实例,详细阐述了特殊路基的施工流程和重点控制工序,并介绍了区别于普通路基填筑的一些方法,以指导类似条件下路基施工。     

抛石挤淤综合法在加固地基中的应用

根据设计和施工经验,抛石挤淤综合法在五里江农场桥墩地基加固处理中应用的十分成功。     

分层强夯法处理软弱地基设计工程实例

本文结合某重点工程的地基处理实例,阐述了采用分层强夯法处理非均匀软弱地基的可行性.并对处理方案选择、参数设计、施工、质量检测等有关问题进行了探讨.     

中环世贸中心基础设计

中环世贸中心属深基坑的钢筋混凝土超高层建筑,其主楼、裙房均采用天然地基,在北京地区同类建筑中尚无先例。针对相关地基承载力及沉降、抗浮等问题作了分析与探讨。介绍了地基承载力的确定和减小主楼与裙房沉降差及主楼核心筒内外差异沉降所采取的措施。不同区域分别采用增加自重或结构抗浮措施,解决了深基础抗浮问题。     

西部地区公路水毁状况与防治对策

阐述了公路水毁的定义,详细介绍了我国西部地区水毁灾害的现状,并针对路基水毁的两种主要类型进行了详细分析,阐明了水毁防治的原则与主要措施,从而避免发生水毁后造成更大的经济损失和交通阻碍.     

低填方软土路基中土工格栅的作用特征

为了解低填方软土路基中土工格栅对地基变形的影响,在广州市东新高速公路试验段进行了现场试验。试验路段内填方高度均在3m以下,分别进行了天然地基快速填筑试验、天然地基结合土工格栅加筋及袋装砂井处理地基结合土工格栅加筋等试验,通过对地基变形、土工格栅受力的监测,获得基础参数,进一步分析低填方条件下土工格栅在地基变形、受力特征等方面的作用特征。本文是该段试验成果的一部分,对于超软地基低路堤的设计和施工都有一定借鉴意义。