季節(jié)凍土區(qū)重載鐵路路基填料與路基變形特性研究.pdf

1、鐵路貨物運輸?shù)闹剌d化已成為當今世界鐵路發(fā)展趨勢。重載鐵路因其具有效益好、運量大、效率高、能耗低等優(yōu)勢得到迅猛發(fā)展。中國屬于大陸性季風氣候，大部分國土面積處于四季分明的季節(jié)性凍土區(qū)。季凍區(qū)重載鐵路路基經(jīng)歷反復的凍融循環(huán)作用，劣化鐵路路基填料的工程性質(zhì)，并可能引起路基變形過大或強度失穩(wěn)。目前，針對凍融循環(huán)條件下路基細粒填料的研究已做了較多工作。對于用于填筑重載鐵路路基基床的粗粒填料工程性能尚缺乏研究，特別是凍融循環(huán)對粗粒填料力學性質(zhì)的影響研

2、究鮮有報道。基于此，本文系統(tǒng)研究了凍融循環(huán)條件下鐵路工程路基A組填料的強度特征與變形規(guī)律，據(jù)此建立了路基填料的非線性本構(gòu)模型，預(yù)測了季凍區(qū)重載鐵路路基變形特性。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，針對鐵路路基A組填料，完成了凍融循環(huán)條件下路基填料力學性能的靜三軸試驗。首先，對比了凍結(jié)填料與未凍填料，研究了凍融循環(huán)次數(shù)、填料含水量和密實度對路基填料的影響效應(yīng)，重點分析了路基填料的變形特征與強度特性。試驗表明：凍融循環(huán)次數(shù)及含水量增加或

3、密實度降低，A組填料的強度也會降低，且影響較為顯著。并且，凍融循環(huán)后填料呈現(xiàn)出峰后軟化特性，且凍融循環(huán)次數(shù)、含水量、密實度及圍壓未對應(yīng)力－應(yīng)變曲線形式造成影響。
　　隨后，引入了凍融循環(huán)影響因子的概念，并將該因子采用統(tǒng)一的二次多項式的形式表示，構(gòu)建一種刻畫凍融循環(huán)效應(yīng)的路基填料軟化型非線性本構(gòu)模型。基于靜三軸試驗結(jié)果，確定了模型的參數(shù)，并分析了不同因素影響下對模型參數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果表明：本構(gòu)模型較好地表示了凍融循環(huán)下路基 A組填

4、料的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系特性。
　　最后，針對巴準重載鐵路DK97+457高路堤路基斷面狀況，采用構(gòu)建的填料的本構(gòu)模型，建立了季凍區(qū)重載列車荷載作用下路基變形分析的有限元模型，分析了凍融循環(huán)、含水量、密實度對重載鐵路路基變形的影響規(guī)律。研究表明：凍融循環(huán)次數(shù)、含水量及密實度對路基的變形均有影響，但影響范圍不大，大致在基床表面以下5m范圍內(nèi)，之后變形迅速衰減至0。
　　因此，路基上部的基床內(nèi)設(shè)置防凍層、隔水層等措施，提高施工水平，加