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。     

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。     

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。     

武广高铁某涵路过渡段动力特征分析

以武广高铁密集涵洞过渡段为例,建立了列车-轨道耦合的三维动力学分析模型,分析了350km/h高速行车条件下过渡段路基的动力响应特性。分析表明:①过渡段路基基床表层、底层的竖向振动的位移、速度、加速度均在涵洞顶最小,在涵洞侧面出现较快速增长;动应力的变化趋势则与之相反,在涵洞顶最大,涵洞两侧逐渐降低。②动响应沿路基深度呈指数函数形式衰减,基床表层至基床底层衰减较快,路基面下1m左右动响应幅值衰减渐趋于平缓,路基面下3m动响应衰减基本趋于稳定。其中振动加速度衰减最为明显,动位移、振动速度、动应力衰减则相对较缓。现场实车试验测试值与仿真计算值较为接近,表明采用的仿真分析方法较为可靠。     

高速铁路膨胀土路堑全封闭基床动力特性现场试验

膨胀土路堑基床病害是铁路建设中的难题之一。在分析膨胀土地区路堑基床病害特点和产生机理基础上,开展了半刚性防水结构层研发和全封闭基床设计工作。为研究新型基床结构的动力特性,在云桂铁路典型膨胀土路段填筑了100 m全封闭基床试验段,并进行大型现场激振试验。试验结果表明：①动应力、速度和加速度大小与基床服役环境有关,基床浸水后三者在干燥状态的基础上均出现不同幅度增大;②路基面动位移随距离的增加呈幂函数型衰减,其衰减拟合曲线函数表达式为y=0.562x^(-0.37);③基床动应力与激振频率关系曲线存在“双峰”现象,峰值频率分别为10 Hz和18 Hz;④激振频率位于16～21 Hz范围内时,速度和加速度随频率增加而迅速增大,其余频段二者随频率的变化不明显。     

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%。     

高铁无砟轨道路基动力响应数值模拟与对比分析

通过建立高速铁路路基动力响应数值模型,获得了武广高速铁路路堑段无砟轨道路基竖向及横向计算断面上4个动力响应参数随深度及水平距离的变化规律,经与实测结果对比分析发现,武广高铁同一路段动力响应计算结果与现场实测成果基本吻合,证明了所建动力数值计算模型的合理性。     

无砟轨道X形桩–筏复合地基动土压力分布规律试验研究

基于1∶5的轨道–路基–桩筏复合地基模型,采用能够近似模拟列车单个轮轴荷载的正弦波荷载,在砂土地基中通过开展不同激振频率下无砟轨道X形桩–筏复合地基的动力特性模型试验,研究不同激振频率引起的轨道–路基–桩筏复合地基中的速度和动土压力,测得了速度响应、动土压力随深度和激振频率的变化规律。研究结果表明:在路堤横截面方向上,振动响应主要集中在轨道–路基结构中,基床表层中的动土压力在路堤横截面方向呈"W"形分布,地基表面的动土压力呈"U"形分布。基床表层中的动土压力荷载放大系数随激振频率的增加而逐渐增加。相关研究成果可为无砟轨道X形桩–筏复合地基的理论分析与计算以及动力荷载放大系数的确定提供参考依据。     

高铁隧道衬砌拱顶空洞对列车荷载响应研究

以某高速铁路某一隧道存在拱顶空洞为工程背景,基于高速列车振动荷载实测数据和列车振动理论,利用ABAQUS有限元软件,建立隧道衬砌拱顶不含空洞与含有不同深度空洞的隧道结构有限元模型,施加相应的约束及边界条件,对隧道结构在列车振动荷载作用下的动力响应行为进行数值仿真分析。研究结果表明,随空洞深度的增加,拱顶含空洞的衬砌结构将会使原有衬砌受力状态发生改变,空洞深度越大,围岩塑性区改变越明显,衬砌整体受力越不利;不含空洞的隧道衬砌关键点与轨道距离越近振动响应越明显,拱顶响应最弱;衬砌拱顶空洞深度对列车振动响应明显,随深度的加大,其响应越剧烈,使衬砌围岩塑性区发生进一步扩展并最终影响到隧道结构的整体稳定性,对列车运营安全造成威胁。研究结果对于进一步探索含缺陷隧道衬砌结构的劣化动力学行为奠定了基础。     

西安黄土基床系数变化规律及其测试方法的相关性分析

为确立西安黄土基床系数的取值范围和经验公式,根据西安地铁采用K_(30)平板载荷试验测得的基床系数资料,归纳西安黄土基床系数的范围及其随深度的变化规律,对比分析K_(30)平板载荷试验、旁压试验、标贯试验及室内固结试验的基床系数测试结果,探讨K_(30)平板载荷试验与其他试验方法间的相关关系。结果表明:在新黄土、古土壤及老黄土地层中基床系数随深度增加总体呈增大趋势,在黄土状土地层中基床系数随深度增加变化规律不明显;西安黄土的水平基床系数K_x以小于垂直基床系数K_v为主,K_x/K_v比值呈现正态分布,且约占试验数据总数81%的K_x/K_v比值分布在0.5~1.0范围;由K_(30)平板载荷试验测得的基床系数与旁压模量、标贯击数均近似呈线性关系,与压缩模量及压缩系数近似呈二元幂函数关系。这些结果可供西安地区隧道、基坑工程的勘察设计参考使用。     

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.     

BIM技术在高速铁路设计中的应用——西部某高速铁路三维设计

通过在BIM软件中构建自定义三维桥梁结构族,给桥梁三维建模带来了一种新思路,其强大的参数化铁路路基建模和动态更新的特性使线路和路基专业设计人员可以更高效率地完成设计工作。BIM技术实现了设计成果的平立剖三维互动,提供了强大的"多任务"能力,对铁路站房设计观念和方法带来了新的变革。     

列车动荷载对下立交结构的影响分析

通过弹塑性动力有限元法对列车动荷载与轨下结构组成的系统进行了动力响应分析，研究了轨下有较大刚度结构存在时对路基内竖向动应力的变化规律的影响，并对不同埋深隧道的附加动应力进行了讨论。分析中采用轨枕-道床全支承模式，土体采用理想弹塑性动本构模型。结果表明轨下构筑物的存在将减弱列车动应力往深层传递的衰减。隧道埋深越大，路基内附加动应力整体水平越低，对轨下结构的影响越小。建议在设计时考虑长期列车动荷载对混凝土的疲劳破坏。     

短时动三轴试验与红粘土体积动剪应变门槛

针对武广高速铁路无碴轨道红粘土路堑基床的动力稳定性问题,利用改造后的应力控制式动三轴仪代替目前国内尚无的剪应变控制式共振柱仪,测得了不同试验条件下红粘土体积动剪应变门槛值.提出了一套完整的短时动三轴试验方案和试验数据处理方法,为体积动剪应变门槛的确定开辟了新的试验途径.探讨了含水比、围压、固结比对体积动剪应变门槛的影响...     

列车振动下隧道基底合理结构型式的研究

采用弹塑性二维非线性有限元法分析了隧道及周围环境在列车振动下的响应，分析中考虑了仰拱的不同结构形式、不同曲率、不同刚度、仰拱与边墙的不同联结方式。根据分析得到的仰拱中和仰拱下部围岩中的应力分布图，评价了仰拱对列车振动反应的影响，认为列车振动下隧道基底结构较为合理的结构形式和措施为：(1)采用矢跨比较大的仰拱；(2)采用较厚的隧底填充；(3)将仰拱、隧底填充和道床用同级混凝土浇灌成为一个整体结构；(4)采用各种排水措施排除隧底以下积水，避免长期振动下引起的岩土液化；(5)采用注浆和安设锚杆加固基底围岩，以提高其强度。     

移动荷载作用下大跨度铁路斜拉桥纵向共振机理

列车荷载作用下铁路斜拉桥将在不同方向上发生振动,列车竖向荷载作用下导致的主梁纵向振动将影响道床稳定性和伸缩装置的使用,甚至影响行车安全性和舒适性。采用等效纵向荷载研究移动荷载作用下斜拉桥纵向振动机理,推导纵向共振速度估算公式。以一大跨度铁路斜拉桥为实例,分析了不同速度的移动荷载作用下结构动力响应。结果表明,当移动荷载速度与估算纵向共振速度接近时,移动荷载通过桥梁时的纵向加载频率与桥梁一阶纵向振动频率接近,斜拉桥发生纵向共振现象,主梁和桥塔动力响应显著增大。     

Vibration of railway bridges under a moving train by using bridge-track-vehicle element

During the last two decades, much attention has been paid to various vibration problems associated with railways. They include the dynamic response of railway bridges and railway tracks at grade under the action of moving trains. However, studies on the role of track structures on the vibration of railway bridges are rather limited. In this paper, a new element called bridge-track-vehicle element is proposed for investigating the interactions among a moving train, and its supporting railway track structure and bridge structure. The moving train is modelled as a series of two-degree-of-freedom mass-spring-damper systems at the axle locations. A bridge-track-vehicle element consists of vehicles modelled as mass-spring-damper systems, an upper beam element to model the rails and a lower beam element to model the bridge deck. The two beam elements are interconnected by a series of springs and dampers to model the rail bed. The investigation shows that the effect of track structure on the dynamic response of bridge structure is insignificant. However, the effect of the bridge structure on the dynamic response of the track structure is considerable.     

列车振动荷载作用下隧道衬砌结构动力响应特性分析

论述隧道衬砌结构动力有限元分析的理论与数值计算方法，并以京广线朱亭隧道列车振动荷载现场测试成果为基础，通过对3种不同断面形状的隧道衬砌结构的动力响应特征进行分析研究，可获得隧道衬砌结构竖向位移、竖向加速度及各种内力时程曲线。研究成果对评价既有提速铁路隧道衬砌结构的动力稳定性和完善铁路隧道结构的设计理论具有一定的指导意义。