水對(duì)多孔性CA砂漿受力狀態(tài)影響的數(shù)值模擬分析.pdf

1、高速鐵路服役過程中，CRTSⅠ和Ⅱ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)中的水泥乳化瀝青砂漿（簡(jiǎn)稱CA砂漿）充填層主要出現(xiàn)離縫、沖蝕、開裂和碎裂等劣化與破壞現(xiàn)象，已有研究認(rèn)為高速列車動(dòng)載沖擊下孔隙動(dòng)水壓作用是其主要原因。本文根據(jù)CA砂漿的多孔特征和力學(xué)特性指標(biāo)，建立多孔材料模型，應(yīng)用多孔介質(zhì)流固耦合理論和相關(guān)數(shù)值模擬分析軟件，分析靜、動(dòng)載和動(dòng)載-水耦合等作用下CA砂漿內(nèi)孔隙和孔隙內(nèi)水的力學(xué)響應(yīng)。旨在通過數(shù)值模擬分析，探討動(dòng)荷載-水耦合作用下CA砂漿的劣化與

2、破壞機(jī)理。通過模擬分析，主要得出如下結(jié)論：
　　⑴建立不同特征的多孔材料模型，采用ANSYS有限元軟件，模擬分析CA砂漿內(nèi)孔隙的靜態(tài)力學(xué)響應(yīng)，分析結(jié)果表明：在相同均布荷載作用下，多孔模型中，孔數(shù)不變而孔徑增加或孔徑不變而孔數(shù)增加時(shí)，多孔材料內(nèi)越容易出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)，并產(chǎn)生較大的豎向位移;孔隙率（包含孔隙直徑和孔隙數(shù)目）越大，多孔材料中高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力和變形越大。雙孔模型中，拉壓應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫分布隨雙孔相對(duì)空間位置變化而各異。由此可得，孔

3、隙率、孔徑和孔隙分布是影響CA砂漿靜態(tài)力學(xué)響應(yīng)的關(guān)鍵因素。
　?、撇捎肁NSYS Workbench軟件，模擬分析在動(dòng)荷載作用下CA砂漿孔隙內(nèi)自由水不發(fā)生逃逸時(shí)產(chǎn)生的流固耦合效應(yīng)，分析結(jié)果表明，在相同均布荷載作用下，對(duì)比無水與飽水狀態(tài)的單孔模型，飽水狀態(tài)的孔壁分布的應(yīng)力較小，相應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)變和位移較大。若該應(yīng)變超過CA砂漿的極限應(yīng)變，則導(dǎo)致孔壁開裂和孔隙擴(kuò)展。外部水滲入又使孔內(nèi)飽水，動(dòng)荷載作用又使孔壁再次產(chǎn)生較大應(yīng)變并引發(fā)再次開裂和

4、孔隙擴(kuò)展。如此反復(fù)，在動(dòng)載-水耦合重復(fù)作用下，CA砂漿內(nèi)孔隙不斷擴(kuò)展、連通，最終導(dǎo)致其開裂和碎裂破壞。因而，以數(shù)值模擬分析方法，揭示了板式軌道結(jié)構(gòu)砂漿充填層的劣化與破壞機(jī)理。
　　⑶采用FLUENT流體分析軟件，模擬分析動(dòng)荷載作用下水流迅速滲入CA砂漿內(nèi)產(chǎn)生的水流劈裂作用。分析認(rèn)為，在列車動(dòng)荷載快速?zèng)_擊作用下，軌道板與砂漿充填層間離縫內(nèi)的水將快速向CA砂漿內(nèi)滲入，并在入水端面產(chǎn)生很高的滲水壓力，高速高壓的水流像楔子作用于CA砂漿表