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。     

秦沈客运专线路桥过渡段路基动应力测试分析

简单介绍了高速行驶的列车通过路桥过渡段时造成的危害，以及为了改善行车条件，国内外所采取的维护措旌。对我国第一条时速160km以上的运营线——秦沈铁路客运专线DK46 765．95～DK46 790．95的路桥过渡段路基在高速列车作用下的动应力进行了原位测试，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。分析结果认为：沿铁路线纵向动应力随车速的增大，动土压力呈现不同幅度的增加；当车速超过176km／h时，路基动土压力值增加幅度很小，甚至略有降低。动土压力随路基深度的增加衰减很快，并且随着深度的增加，动土压力值和静土压力值越来越接近。     

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。     

既有铁路病害基床的合理加固深度初探

介绍了国内外新建铁路路基基床表层强化结构的组成及厚度,讨论了列车动荷载在路基面上的分布及沿深度的衰减规律、基床土动强度的影响因素,依据路基稳定必须满足动强度大于动应力的动力学原则,提出了既有铁路病害基床合理加固深度的确定方法,并结合工程实例进行了印证。     

铁路路基动应力计算方法及沿深度衰减规律

通过具体的算例比较了两种动应力计算公式之间的差别,得出结论：动应力在基床表层范围内衰减较快,工程中增大基床表层厚度或者增大基床表层模量可以显著加速动应力的衰减,减小基床表层底面处动应力值。随着列车轴重、运行速度的提高,路基中动应力呈线性增长。     

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200km/h增长到350km/h时,各结构层动应力幅值增长均超过30%。     

高速下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(动应力、动应变)规律进行了研究。研究表明:路基最大动响应曲线与平均动响应曲线变化趋势相同;对于相同行车速度,纵向(沿线路基床水平方向上)动响应曲线呈"V"形变化、动响应增量曲线呈不规则"N"形变化,而垂向(与地面铅垂方向上)则是随深度的增加动响应呈衰减趋势,并且在基床面浅处(0.6m左右)衰减幅度较大;纵向、垂向上的动响应都有随车速提高而减小的趋势,并且其减小幅度与车速高低紧密相关。同时,提出了预测过渡段路基动响应变化趋势的列车轴重变化系数计算公式,以及"超高"填筑路基减小过渡段沉降差值和动响应的设计思路,研究结果为高速铁路过渡段的设计与施工提供了重要基础。     

提速对既有线路桥过渡段路基动力响应影响分析

基于无限元人工边界建立了既有线有砟轨道路桥过渡段路基在动荷载作用下的三维有限元模型,模型考虑路桥过渡段倒梯形的结构形式,利用一系列移动轮载扩散到路基面的动面力模拟编组列车通过过渡段产生的动荷载,分析了既有线列车通行速度在现行速度80km/h和目标速度160km/h范围内变化时,路桥过渡段在动荷载作用下的路基动力响应规律。研究发现:列车速度从80km/h提升至160km/h后,路基面动应力峰值将增大20%左右;相比普通路基,路桥过渡段路基在提速条件下会产生较大的动应力;路基面动应力沿基面以下深度方向呈指数形态衰减。     

淮安有轨电车整体道床路基基床应力及变形分析

淮安有轨电车正线路基采用槽型轨整体道床结构,根据电车荷载条件,通过3D实体有限元模型,对基床内动应力的大小、分布形态及衰减规律进行计算。根据动静应力比及路基面变形控制条件对基床厚度取值的合理性进行论证。通过改变基床表层、基床底层模量的大小,对基床模量对路基面变形、基床及地基的应力状态进行敏感性分析。     

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。     

路桥过渡段填料中动荷载传递特性

为研究动荷载在路桥过渡段级配碎石填料中的传递规律,在路桥过渡段填筑过程中分别布设了3层土压力盒,各层均按梅花形布设,对压路机往返压实过程与液压夯夯击过程中各点应力进行实时监测,分析了压路机的振动荷载与液压夯的冲击荷载在同一填筑平面的传递特征; 进一步将竖直方向的各层测点元件拟定为对应的荷载传递路径,以此分析了各条路径中动荷载竖向传递规律。结果表明:填料的压实或夯击遍数直接影响动荷载的传递特性,随着压实或夯击遍数的增加,压力盒测得的应力值逐渐增大; 随着夯击遍数的增加,同一深度处填料的相对应力增加量均呈台阶状递增; 压路机与液压夯产生的动荷载在填料中的荷载衰减量随着深度增加逐步递减; 填料经过压路机与液压夯的6遍压实与夯击后,同一深度处的冲击荷载增加量为振动荷载增加量的4倍左右,液压夯处理路基填料的效果尤为显著; 试验结果为今后级配碎石填筑路桥过渡段提供了现场测试方案,为后续施工提供了理论指导,使现场测试环节更加完善。     

交通荷载作用下加筋土路基残余变形减小的机理分析

应用有限单元法对交通荷载作用下加筋土路基进行隐式动力分析,并基于累积塑性变形的计算和影响因素分析,揭示加筋减小路基土残余变形的机理。分析结果表明:对于级配碎石基层沥青混凝土路面,加筋改善路基表面的压应力分布,减小传递到路基表面的剪应力,加筋后路基土上部80cm范围内动偏应力大大减小,而动偏应力是引起路基残余变形的重要因素之一;另一方面,交通荷载作用下,路基土的累积塑性变形主要发生在路基上部100cm范围内。因此,加筋后路基土累积塑性变形的减小,主要是由于加筋减小交通荷载作用下路基土上部的动偏应力;土工格栅刚度越大,动偏应力减小越显著。     

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。     

粉质粘土路基冲击压实动力响应数值模拟研究

依托实际工程,应用有限差分软件FLAC 3D分层建立高速公路粉质粘土路段路基模型;通过在路基模型顶面施加1次动力荷载和施加不同次数动力荷载,对路基模型的动力响应进行数值模拟分析,研究了冲击作用下动应力、竖向位移沿深度和径向距离的变化规律。结果表明:冲击轮冲击路基表面破坏土体结构,从而使路基土体密实,冲击碾压加固路基效果显著;土体中加固区近似为椭球体,其剖面为椭圆形;土体中动应力、竖向位移沿径向的衰减速度大于竖向的衰减速度,径向的影响宽度小于竖向影响深度;当冲击压路机保持正常的工作速度12 km·h^-1,路基填筑高度为1 m时,冲击碾压次数宜在20次左右。     

上硬下软型地基强度和变形特性研究

通过对工程实例的有限元分析,研究了有软弱下卧层的双层体系地基的应力和变形特性.计算结果表明,地基中塑性区首先出现在交界面处的上层土中;随着荷载的增加,塑性区向交界面处上下土层均有扩展;由于下层土较软,塑性区扩展较快,最后当塑性区到达基础底面时,地基达到极限承载力.为区域性多层建筑基础设计中更好的把握软土强度和变形特性提供一种有效的分析方法,对特定条件下的地基评价具有理论和现实意义.     

动荷载下饱水沥青路面黏弹性分析

为深入剖析沥青路面动水损坏机理,基于多孔介质理论,建立饱水沥青路面有限元模型,比较分析面层为弹性和黏弹性,以及面层饱水和表面层饱水的动力响应,并分析孔隙水压力峰值的发展规律和周期荷载对孔隙水压力的影响。结果表明,黏弹性面层的竖向变形和负孔隙水压力较大,正孔隙水压力较小,面层底部未出现水平拉应力;孔隙水压力峰值的大小及出现的位置发生改变,正、负孔隙水压力峰值出现的最终位置分别在底基层内和下面层内;与路面完全饱水相比,面层饱水和表面层饱水的竖向变形较大,面层饱水的面层层底的负孔隙水压力较大,而表面层饱水的表面层底负孔隙水压力较小;周期荷载的作用使孔隙水压力出现明显的周期性正、负交替,面层间的负孔隙水压力峰值变化率较基面层间的大。据此分析得出,面层特性对饱水沥青路面的动力响应有较大影响,面层饱水对基面层的损害严重,沥青路面的水损坏主要发生在面层的中下部。     

高速铁路无砟轨道基础结构垂向位移分布特性分析

建立高速铁路无砟轨道-路基结构动力有限元模型,系统分析高速列车荷载作用下轨道和路基垂向位移在时间和空间上的分布规律,比较轨道不平顺和断面位置对位移分布的影响规律。数值分析结果表明,轨道不平顺和横断面位置对轨道和路基垂向位移分布的影响可以忽略不计;高速列车荷载作用下钢轨和轨道板垂向位移的最大值分别为0.79mm和0.238mm,结果都在京津铁路现场试验实测数据的范围之内;轨道板和底座的垂向位移沿横向衰减非常缓慢,仅分别降低了3.6%和6.5%,沿深度基本没有变化;路基各层面垂向位移在轨道宽度范围内沿横向仅衰减10%左右,轨道宽度范围外位移按指数函数快速衰减,在距离线路中心线3m和4m附近,基床表层和基床底层的垂向位移已衰减一半以上,路基位移沿深度线性衰减,在距钢轨底面4m附近,垂向位移衰减50%左右,到基床底面处位移衰减70%以上。     

松软土地区高速铁路路涵过渡段动静态试验研究

为评价松软土地区高速铁路路涵过渡段采用倒梯形级配碎石并掺水泥处理方法的适宜性,采用弦式和电阻式土压力计测试过渡段在施工期及联调联试期CFG桩顶和桩间静土压力、基床底层表面及该位置以下50cm处的动土压力变化特征。结果表明:离涵洞中心不同位置的桩顶和桩间土压力,随施工荷载的变化而变化,且桩顶土压力对加载变化更加敏感;过渡段的动应力在纵向上表现为"W"形,其最大值出现在距涵洞中心10m位置处。     

非饱和砂中PHC管桩动力p-y曲线特性分析

震动作用下,非饱和单层砂土侧向刚度自上而下逐渐增大,PHC管桩-土间相互作用耗能较小。不同的地震波对PHC管桩的动力p-y曲线影响显著,但侧向土体刚度没有明显变化。靠地表一定范围内的土体在地震会出现塑性变形,当砂土较密实时,塑性变形的深度会有所减小。