青藏铁路列车行驶引起的轨枕竖向作用力研究

为了深入分析列车行驶引起冻土场地的振动反应,并为青藏铁路运营安全性评价提供可靠的理论依据,采用自编列车-轨道耦合动力学仿真程序,研究了青藏铁路列车行驶引起的轨枕竖向作用力特性.研究表明:自编程序仿真结果与青藏铁路现场监测成果吻合良好,程序理论正确结论可信;轨枕竖向作用力随路基阻尼的增大而略微减小,随路基模量、列车行驶速度的增大而增大,随轨缝的增宽而线性增大;轨枕竖向作用力优势频段主要在移动轴重作用率内,转向架作用率处振动能量最大,轨枕振动对轨枕竖向作用力影响较小;路基的冻融状态、轨缝宽度与列车行驶速度对轨枕竖向作用力影响不能忽略;并定量给出轨枕竖向作用力最大值与列车行驶速度之间的函数关系.     

青藏铁路主要冻土路基工程热稳定性及主要冻融灾害

在介绍青藏高原多年冻土退化背景及其工程影响的基础上,通过主要冻土路基现场监测和沿线调查,对青藏铁路冻土路基2002年以来的地温发展过程、热学稳定性及次生冻融灾害进行了分析。结果表明:青藏铁路自2006年通车后冻土路基整体稳定,列车运行速度达100km/h,达到设计要求,但不同结构路基的热学稳定性不同,采取“主动冷却”方法的路基稳定性显著优于传统普通填土路基。管道通风路基、遮阳棚路基及U型块石路基冷却下伏多年冻土的效果显著,块石基底路基左右侧对称性较差,而处于强烈退化冻土区和高温冻土区的普通路基热稳定性差,需结合路基所在区域局地气候因素予以调整或补强。以热融性、冻胀性及冻融性灾害为主的次生冻融灾害对路基稳定性存在潜在危害,主要表现为路基沉陷、掩埋、侧向热侵蚀等,其中目前最为严重的病害是以路桥过渡段沉降为代表的热融性灾害。     

车辆荷载作用下季冻土路基永久变形研究综述

结合我国季冻土和高速公路分布状况,对重载、超载车辆对季冻土路基造成的危害及致灾机理进行了初步分析.为准确描述重载、超载车辆行驶过程中对路基的作用效果,提出了冲击型荷载的概念.从冻融循环作用对土力学性能影响研究、车辆荷载下路面路基动力响应研究和动荷载下路基永久变形研究3个方面,分析、探讨了季冻土路基在车辆荷载作用下永久变形相关研究成果及发展趋势.     

列车荷载作用下地基土刚性对建筑物振动影响分析

建立有限元分析模型,考虑基础结构和土体的动力相互作用,研究不同土体刚性参数对附近建筑物振动影响。通过对软弱土、中软土、中硬土中结构动力响应分析,得出地基土刚性对框架结构动力响应影响规律。     

列车作用下青藏铁路路基动力响应试验

目的分析研究多年冻土区青藏铁路在列车动荷载作用下路基的稳定性及振动衰减规律．方法选取青藏铁路北麓河段三个典型试验断面,在春季进行了列车荷载作用下的路基动力响应现场试验,采集路基、边坡、道床3处振动数据,统计计算了青藏铁路客车与货车行驶时路基振动的最大和平均加速度幅值,对实测数据进行了功率谱分析．结果路基上货运和客运列车的竖向最大加速度分别为2．2132m／ss^2和2．0004m／ss^2,对应的平均加速度分别为0．1495m／s^2和0．1143m／ss^2,道床上的振动明显减小．在T28次客运列车的作用下,对于断面Ⅲ,C3测点在振动频率为25Hz、38Hz、46Hz,55Hz出现峰值,能量集中在18～53Hz．边坡C4测点振动能量集中在20—65Hz,C5测点的优势频段为20—80Hz．结论路基上货运列车的振动比客运列车振动大,同一断面竖向衰减速度大于横向,素土路基各方向衰减小于块石路基,下一测点加速度峰值大致减小为相邻上一测点的1／10．     

青藏铁路多年冻土路基热—力稳定性数值仿真分析

结合冻土流变学、冻土物理学、冻土力学和传热学等相关学科的基本理论,并考虑水分场与温度场的耦合作用及温度对冻土路基力学特征的影响;同时引入冻土野外试验蠕变方程,进而建立了冻土路基的水、热、力(蠕变)分析数学模型,并编制了相应的有限元计算程序。随后,以青藏铁路某试验段路基为例,对多年冻土区路基的热—力稳定性问题进行了系统研究,并通过与现场实测数据对比发现,所建立的冻土路基热—力理论模型正确合理,较好地分析预测了青藏铁路多年冻土路基的长期稳定性。     

列车振动荷载下铁路粉土路基的长期沉降

结合路基粉土在循环荷载下的动力特性试验,提出动回弹模量与累积变形的预估模型.通过动力有限元分析并与现场实测相比较,研究在列车荷载作用下铁路粉土路基的动应力响应.建立列车在运行条件下铁路粉土路基长期沉降的计算方法,探讨列车速度、轴重、轴载次数以及道床、路基参数等对路基长期沉降的影响.研究表明:当线路平顺性较差且路基压实系数不高时,铁路粉土路基的长期沉降随列车速度提高线性增大,随轴载次数增加先快后慢增长,且列车轴重越大或路基压实系数越低,沉降速率越快;当粉土路基压实系数较低时,适当增加道床厚度或提高路基压实系数均能显著减小路基长期沉降;在列车动载下铁路粉土路基的长期沉降存在一个"临界影响深度",路基压实系数越低,影响深度越大.     

地震折射层析法在青藏铁路路基开裂调查中的应用

青藏铁路有约500km路基处于冻土地带。铁路运行一年来,在少冰和多冰冻土段上的部分路基发生了开裂．影响到铁路安全。为了了解路基下冻土的分布状态,消除冻土变化对路基的影响,笔者采用了地震折射层析法勘查路基下冻土发生的变化。通过对这些资料的分析,发现路基下的冻土发生了变化,并推测这些发生在路基两侧的不对称、不均匀变化是造成路基开裂的主要原因。     

振动荷载作用下冻土结构弱化机理研究

基于低温动三轴试验及CT扫描试验对不同围压、负温下冻结粉质黏土的弱化机理进行了分析研究，利用冻结粉质黏土动三轴试验前、后的CT扫描试验数据与图像，定量分析了冻土的密度、结构及损伤度等方面的变化及动三轴试验前、后CT数增量．方差增量与围压、负温之间的关系．分析了在振动荷载作用下冻土内部孔隙、裂隙扩展过程，从附加损伤的角度证实了临界围压值的存在，明确了冻结粉质黏土结构弱化的根本原因是孔隙冰的压融和微裂隙的发育．     

Innovative designs of permafrost roadbed for the Qinghai-Tibet Railway

Under global warming scenarios, the passive method of simply increasing the thermal resistance by raising the embankment height and using insulating materials has been proven ineffective in warm and ice-rich permafrost areas and therefore could not be used in the Qinghai-Tibet Railway engineering. Instead, a proactive "cooled-roadbed" approach was developed and used to lower the ground temperature in order to maintain a perennially frozen subgrade. The concept that local and site-specific factors play an important role in the occurrence and disappearance of permafrost has helped us to devise a number of measures to cool down the roadbed. For example, we adjust and control heat transfer by using different embankment configurations and fill materials. The Qinghai-Tibet Railway project demonstrates that a series of proactive roadbed-cooling methods can be used to lower the temperature of permafrost beneath the embankment and to stabilize the roadbed. These methods include solar radiation control using shading boards, heat convection control using ventilation ducts, thermosyphons, air-cooled embankments, and heat conduction control using "thermal semi-conductor" materials, as well as combinations of above mentioned three control measures. This road-bed-cooling approach provides not only a solution for engineering construction in sensitive permafrost areas but also a countermeasure against possible global warming.     

Study on ground temperature change and characteristic response of engineering geology of permafrost along Qinghai-Tibet Railway

Along with the global warming in the recent scores of years, comparatively bigchanges have taken place in the weather and other environmental conditions of thepermafrost area in the Qinghai-Tibet Plateau, and very big changes have also occurred inthe engineering geological conditions of the permafrost area. Based on a large volume offield survey data, this paper discusses the regularities of horizontal and verticaldistribution of permafrost, with its focus of analysis on the temperature changecharacteristics of the soil in different frozen-soil zones, as well as presents simulation analysis and research for the engineering geologic characteristic response changes thatwould occur in the future when the temperature of the frozen soil in different zones risesby 1 and 2.6℃ respectively, which will have a tremendous impact on the stability of constructional work.     

Automatic testing system design and data analysis of permafrost temperature in Qinghai-Tibet Railway

Aimed at the characteristics of permafrost temperature influencing the safety of Qinghai-Tibet Railway and its on-line testing system, comparing the achievement of permafrost study nationwide with those worldwide, an automatic testing system of permafrost temperature, containing a master computer and some slave computers, was designed. By choosing high-precise thermistors as temperature sensor, designing and positioning the depth and interval of testing sections, testing, keeping and sending permafrost temperature data at time over slave computers, and receiving, processing and analyzing the data of collecting permafrost temperature over master computer, the change of the permafrost temperature can be described and analyzed, which can provide information for permafrost railway engineering design. Moreover, by taking permafrost temperature testing in a certain section of Qinghai-Tibet Railway as an instance, the collected data of permafrost temperature were analyzed, and the effect of permafrost behavior was depicted under the railway, as well as, a BP model was set up to predict the permafrost characteristics. This testing system will provide information timely about the change of the permafrost to support the safety operation in Qinghai-Tibet Railway.     

青藏铁路多年冻土地区110kV输变电工程地基基础设计有关问题的探讨

介绍了青藏铁路沿线多年冻土的分布类型和特性,阐述了多年冻土对输变电工程地基与基础的危害及破坏机理,并对多年冻土地区输变电工程建(构)筑物的地基处理方法和基础设计原则等问题进行了探讨,提出了若干设计建议,可供多年冻土地区输变电工程和建筑工程地基基础设计参考.     

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...     

高铁弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元算法

针对高铁运行引起的地基振动和塑性变形问题,提出高铁荷载作用下弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元算法。将高铁运行诱发的地基变形视为材料非线性问题,采用改进的摩尔-库伦模型模拟地基土,基于弹性地基2.5维有限元法,将通过弹性理论计算得到的位移作为试探位移,经摩尔-库伦屈服准则判定屈服后,引入切线刚度迭代法、后向欧拉积分算法和一致切线模量算法实现刚度矩阵的更新迭代,从而求解出高铁运行引起的塑性变形。在此基础上,将轨道视为Eular梁,采用修正的多频列车荷载模拟高铁列车运行,并使用黏弹性人工边界处理截断边界,建立高铁弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元验证模型。通过与移动点荷载弹性半空间解析解和地面振动实测结果进行对比,验证本文弹塑性地基2.5维有限元法理论的正确性及模型应用的可靠性,表明该方法可用于高效求解高铁运行引起的地面振动及累积变形问题。     

高铁路基动载沉降现场监测分析

高铁路基的工后沉降控制是一大难题,其中,动荷载影响的研究尚处于数值计算与试验阶段。依托沪宁城际铁路建设、运营监测数据,基于分离动、静荷载引起沉降的思路,通过静载作用沉降与实测运营沉降取差值,获取动载作用下的沉降测试值,分析了路基由动载引起的沉降特性。结果表明：动载引起的沉降对运营后实测沉降的贡献有限,并不是引起部分断面总体沉降偏大的主要原因;不同地质条件及路堤填筑高度对动载引起沉降的影响较小;动载引起沉降的速率在运营前期发展较快并达到最大,之后沉降速率减小,沉降趋于稳定,运营后的第4年累积沉降约为2~3 mm。