检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：韩博文北京交通大学

学位级别：博士

尽管在高速铁路发展中无砟轨道所占比例越来越大,但有砟轨道仍然是现阶段铁路轨道结构的主要形式之一,尤其是在既有线铁路中广泛存在。由于早期建设的既有线有砟铁路控制标准较低,相关施工及维护经验欠缺,导致路基翻浆冒泥、不均匀沉降... 详细信息

尽管在高速铁路发展中无砟轨道所占比例越来越大,但有砟轨道仍然是现阶段铁路轨道结构的主要形式之一,尤其是在既有线铁路中广泛存在。由于早期建设的既有线有砟铁路控制标准较低,相关施工及维护经验欠缺,导致路基翻浆冒泥、不均匀沉降及坍塌等典型路基病害频发。一方面,在长期列车荷载与降雨湿化等复杂环境作用下,由于路基排水不畅以及路基填料渗透性较差等原因,导致路基内部产生较大的局部超孔隙水压力,进而引发路基内部细颗粒迁移,并向外翻冒出路基系统形成翻浆冒泥。另一方面,实际工程中的路基填料通常处于非饱和状态,其水力-力学特性较饱和土更加复杂,在长期列车荷载与复杂外界环境作用下,非饱和路基填料产生累积变形,严重时会引发路基的不均匀沉降甚至坍塌。因此,针对上述典型路基病害问题,亟需对长期列车荷载与复杂环境耦合作用下有砟轨道路基的翻浆冒泥颗粒迁移特性和非饱和路基填料的长期动力特性开展全面深入的试验与理论研究,为保障铁路工程安全运营、优化铁路路基设计方法、提升其长期服役性能提供有价值的参考。本研究以辛泰铁路莱芜东站典型翻浆冒泥病害为工程背景,采用现场取回的代表性土样开展了有砟轨道路基翻浆冒泥颗粒迁移特性模型试验研究、非饱和路基填料长期动力特性动三轴试验研究,建立了适用于非饱和路基填料的水-力耦合边界面模型与可精准描述非饱和路基填料动应力-应变关系的分数阶边界面模型。本文所开展的主要工作及取得的主要研究成果如下:(1)研发了有砟轨道路基翻浆冒泥模型试验系统。基于宏微观测试技术,研发了翻浆冒泥模型试验系统,该系统具有以下优点:可实现循环荷载与浸水湿化耦合作用,模拟多种复杂工况;可通过高清图像实时捕捉翻浆冒泥过程中的颗粒迁移特性;仅用一组传感器便可同时测量模型试样的基质吸力与饱和孔隙水压力。采用所研发的试验系统,成功开展了长期列车荷载-湿化耦合作用(LCL-W)、列车荷载-双向湿化耦合作用(C-BW)、间歇性列车荷载-湿化耦合作用(IC-W)、多级列车荷载-湿化耦合作用(MSC-W)、多频列车荷载-湿化耦合作用(MFC-W)等5种工况下的模型试验研究。(2)通过模型试验研究揭示了复杂工况下有砟轨道路基翻浆冒泥机理与动力特性演化规律。通过试验研究表明:各类工况下模型试样在非饱和状态下的颗粒迁移现象均不显著,累积变形主要由道砟层与细颗粒层相互嵌入作用以及细颗粒层自身压缩所引发;在饱和或接近饱和状态下,受孔隙水压力的驱使产生显著翻浆冒泥现象,累积变形主要由颗粒迁移作用引发;经历不同工况模型试样的细颗粒层密实程度具有显著差异,导致最终翻浆冒泥程度有所不同;C-BW工况下翻浆冒泥程度最为严重,此工况对于有砟铁路安全运营威胁较大,须引起足够重视。(3)通过室内试验研究揭示了多种影响因素下非饱和路基填料动力特性演化规律。采用GDS动三轴仪,针对典型非饱和路基填料,开展了考虑初始含水率、初始干密度、动应力幅值、净围压及加载频率影响的动态三轴试验及多级加载作用下的动态三轴试验。通过试验获取了试样的累积轴向应变、滞回曲线、回弹模量、阻尼比等的演化规律,试验结果表明:试样的累积轴向应变、回弹模量、阻尼比和滞回圈面积均随初始含水率、加载幅值、加载频率的增加而增大,随初始干密度、净围压的增加而减小;滞回圈斜率则呈现相反的演化规律;多级加载作用下滞回圈斜率随动应力幅值的逐级增加而减小;在动应力幅值逐级增长作用下,会产生回弹模量短期显著降低与阻尼比的短期显著增长现象。(4)建立了一个考虑微观孔隙结构和颗粒粘结效应的非饱和路基填料水-力耦合边界面模型。通过引入微观饱和度,建立了全新的有效应力和粘结变量作为本构变量,推导了正常固结线与屈服曲线方程。基于边界面塑性理论进行变形计算并结合考虑变形与滞回效应的土-水特性曲线模型实现水-力耦合。采用一系列非饱和土常吸力各向同性压缩试验、三轴剪切试验以及常净应力下的干湿循环试验结果进行模型验证,结果表明,所建立模型可以有效预测非饱和土的水-力耦合特性。(5)基于边界面塑性理论和BBM理论框架,建立了适用于常基质吸力下非饱和路基填料循环动力分析的分数阶边界面模型。引入分数阶累积应变率以考虑循环加载历史对动应力-应变关系的影响,采用可移动映射中心描述动应力-应变曲线的滞回特性,采用可独立描述初始加载、卸载和再加载过程的形函数以描述滞回曲线的形状,以此建立了可精准预测非饱和土动应力应变关系的分数阶边界面模型。采用常基质吸力下非饱和粉砂和黏土的动三轴试验数据进行模型验证,模型预测结果与试验结果的对比表明,所建立模型可合理预测常基质吸力下非饱和土的动应力-应变关系。

关键词：有砟轨道路基翻浆冒泥颗粒迁移累积变形水-力耦合微观孔隙结构边界面模型分数阶微积分

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多级/多频列车荷载-湿化耦合作用下有砟轨道路基翻浆冒泥颗粒迁移及动力特性研究

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岩石力学与工程学报 2024年第6期43卷 1535-1548页

作者：韩博文蔡国庆落宇杰张国光单冶鹏石家庄铁道大学交通运输学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学河北省交通安全与控制重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国铁路济南局集团有限公司山东济南250000

多级/多频列车荷载-湿化耦合作用下有砟轨道路基翻浆冒泥路基病害严重影响铁路正常运营,其发生机制尚不明确。开展多级/多频列车荷载-湿化耦合作用(MSC-W/MFC-W)下,有砟轨道路基翻浆冒泥模型试验。试验结果表明:在非饱和状态下,2种工况... 详细信息

多级/多频列车荷载-湿化耦合作用下有砟轨道路基翻浆冒泥路基病害严重影响铁路正常运营,其发生机制尚不明确。开展多级/多频列车荷载-湿化耦合作用(MSC-W/MFC-W)下,有砟轨道路基翻浆冒泥模型试验。试验结果表明:在非饱和状态下,2种工况均无显著颗粒迁移现象产生,MSC-W工况下的累积轴向变形较MFC-W工况更加显著;饱和或接近饱和状态下,2种工况均在动孔隙水压力驱动下产生显著翻浆冒泥现象,MFC-W工况的翻浆冒泥程度、细颗粒层位移、道砟污染指数均显著高于MSC-W工况;对于降雨频繁的既有线铁路进行提速改造时要特别重视路基翻浆冒泥病害防控。

关键词：土力学有砟轨道路基模型试验多级与多频循环荷载累积轴向变形颗粒迁移动孔隙水压力翻浆冒泥

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干湿循环作用下非饱和路基填料水-力耦合特性试验研究

干湿循环作用下非饱和路基填料水-力耦合特性试验研究

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作者：杨旭北京交通大学

学位级别：硕士

有砟轨道是现阶段铁路结构的主要形式,尤其在既有线铁路中应用最为广泛。在铁路运营维护阶段,受复杂环境与列车荷载耦合作用,路基不均匀沉降及坍塌等病害时有发生。一方面,在雨季、旱季交替及地下水位升降影响下,路基填料不断在饱和与... 详细信息

有砟轨道是现阶段铁路结构的主要形式,尤其在既有线铁路中应用最为广泛。在铁路运营维护阶段,受复杂环境与列车荷载耦合作用,路基不均匀沉降及坍塌等病害时有发生。一方面,在雨季、旱季交替及地下水位升降影响下,路基填料不断在饱和与干燥状态之间发生周期变化,经历数次干湿循环过程,诱发路基填料孔隙结构演化,进而改变其持水特性;另一方面,路基填料的累积变形是评价有砟轨道路基长期服役性的重要指标,列车荷载长期作用导致路基填料产生复杂累积变形,如何准确评价其演化规律仍是当前研究的难点。因此,亟需对干湿循环与长期列车荷载耦合作用下非饱和路基填料的水-力耦合特性开展全面深入研究,为保障铁路工程安全运营,延长其服役寿命提供有价值的参考。本研究以辛泰铁路莱芜东站路基不均匀沉降等病害频发段为工程依托,对现场取回的代表性土样开展了干湿循环作用下的持水特性试验、微观结构试验、动三轴试验、三轴剪切试验,对干湿循环作用下非饱和路基填料的持水特性、微观结构演化、动力特性、强度特性开展了全面深入研究。主要研究成果如下:(1)通过开展干湿循环试验、微观结构试验、压力板试验等,发现随着干湿循环的发展,土体产生裂隙并不断发展,孔隙比不断减小且减小速度逐渐变缓;土体峰值孔径逐渐减小,微孔、小孔和部分中孔分布密度逐渐增大,经历数次干湿循环后,200μm以上的微裂隙逐渐增多;孔隙结构由双孔结构逐渐转变为单孔结构;对于初始干密度较低且经历1次干湿循环的试样,在低吸力段进气值及持水性能有所提升,随后不断下降,高吸力阶段持水性能则随干湿循环次数的增加而增强。(2)通过开展控制吸力的三轴剪切试验,发现相同吸力作用下,经历过3次干湿循环的试样,其抗剪强度大于未经历干湿循环的试样,剪切过程体缩量也小于未经历干湿循环的试样;在静荷载作用下,对于体缩导致的密度增大的影响程度,大于裂隙发展和胶结物质散失导致土体松散的影响程度。(3)通过开展动三轴试验,发现随着干湿循环的发展,在循环荷载作用下,试样的累积轴向应变不断增大,临界动应力随干湿循环次数的增加而下降,且近似为指数型关系;滞回圈斜率和回弹模量在0～3次干湿循环过程中不断下降,经历5次干湿循环后由于累积轴向应变较大的原因而有所回升;阻尼比逐渐增大,表明试样刚度降低,循环加载消耗的能量增大。在循环荷载作用下,干湿循环影响其动力特性主要原因是胶结物质散失等土体性质改变及裂隙的发展。既有线有砟轨道路基应加强维护,如在数次自然干湿循环后及时填土加固并且降低列车的货运量,降低车速等。

关键词：有砟轨道路基非饱和土土-水特征曲线干湿循环动力特性

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有砟轨道下路基基床传感器安装临时支护结构研究

引用

路基工程 2020年第4期 149-154页

作者：傅奋勇李裴张玉芝梁晓洁许红彬朔黄铁路发展有限责任公司原平公司山西原平034100 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学河北省大型结构健康诊断与控制重点实验室石家庄050043

针对有砟轨道道砟下基床表层传感器安装工程所存在的施工场地狭窄和重复施工的问题,提出一种新型有砟轨道路基线间安装作业方法及临时支护结构。运用COMSOL有限元软件对该临时支护结构的支护效果和力学特性进行分析,建立了有限元模型,... 详细信息

针对有砟轨道道砟下基床表层传感器安装工程所存在的施工场地狭窄和重复施工的问题,提出一种新型有砟轨道路基线间安装作业方法及临时支护结构。运用COMSOL有限元软件对该临时支护结构的支护效果和力学特性进行分析,建立了有限元模型,分析了其整体变形和结构内力,进而判断结构整体的稳定性,并在朔黄重载铁路神池至宁武西某一断面处道砟下作业中实例应用,验证设计支护结构的可行性。结果显示:该临时支护结构灵活性高、占地面积小、适用性强,改善了作业环境,提高了在线间作业进行下挖工作的稳定性和效率。

关键词：有砟轨道路基传感器临时支护结构有限元模型稳定性

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350km/h高速铁路有砟轨道基床结构的技术条件分析

引用

土木与环境工程学报（中英文） 2019年第5期41卷 18-26页

作者：田地罗强谢宏伟西南交通大学土木工程学院高速铁路线路工程教育部重点实验室

采用车辆轨道路基垂向耦合动力学模型,研究了轨道高低不平顺下有砟轨道路基动力影响系数φi的概率分布特性;根据循环荷载下路基粗粒土典型填料单元模型试验反映出的累积变形状态特征与荷载水平的关系,明确了基床以下填料处于无时间效应... 详细信息

采用车辆轨道路基垂向耦合动力学模型,研究了轨道高低不平顺下有砟轨道路基动力影响系数φi的概率分布特性;根据循环荷载下路基粗粒土典型填料单元模型试验反映出的累积变形状态特征与荷载水平的关系,明确了基床以下填料处于无时间效应变形状态、基床填料处于微弱时间效应变形状态的设计工作状态;以基床结构的动强度、长期动力稳定性、循环变形为设计控制指标,开展了高速铁路有砟轨道基床结构的技术条件分析。研究表明:表征路基承受列车动力效应程度的φi沿线路纵向服从对数正态分布;列车荷载作用下,路基各结构层的累积变形状态与填料性质密切相关;基床结构的长期动力稳定性为设计主控因素,据此,提出了适用于350km/h有砟轨道高铁基床双层结构型式的技术标准建议。

关键词：高速铁路有砟轨道路基荷载概率特征填料累积变形状态基床结构设计

来源：评论

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