季凍區(qū)改性基床表層對路基和軌道結(jié)構(gòu)的影響分析.pdf

1、我國東北地區(qū)絕大部分屬于季節(jié)性凍土區(qū)。東北地區(qū)雖然鐵路網(wǎng)較為密集，但是人口眾多，線路老化，有較大的修建高速鐵路的需求。根據(jù)該地區(qū)高速鐵路的運營情況，發(fā)現(xiàn)路基普遍存在約5mm～20 mm凍脹變形。為減小凍脹產(chǎn)生的病害，提高運營性能，本文考慮借鑒路基過渡段的做法，將水泥添加到基床表層的級配碎石中，并以此通過有限元程序建立了瞬態(tài)熱傳導(dǎo)模型，得到凍脹的結(jié)果，然后將上述結(jié)果作為凍脹-軌道-列車耦合模型的初始條件，計算得到列車和軌道的動態(tài)響應(yīng)。最后

2、根據(jù)凍脹變形結(jié)果，引入半剛性基層材料的疲勞計算公式，預(yù)測基床表層使用壽命。具體內(nèi)容如下:
　　(1)利用有限元軟件ANSYS，結(jié)合其提供的usermat用戶子程序，建立瞬態(tài)熱傳導(dǎo)模型，分析了不同工況在溫度循環(huán)荷載作用下，路基的凍深、熱影響范圍和表面的凍脹變形。結(jié)果表明:路基凍深和熱影響范圍的大小隨著水泥添加量的增多而減小;當(dāng)基床表層的水泥添加量分別是0％、1％、3％、5％時，路基的凍脹變形分別為波長15.7m、18.6m、22.3

3、m、26.2m，凍脹量分別為10.17mm、7.59mm、6.08mm、4.99mm，根據(jù)工務(wù)部門對路基變形大小的規(guī)定，對于高鐵一般要求路基表面變形不大于5mm，所以添加水泥量為5％較為合適;
　　(2)基于凍脹-列車耦合模型，并考慮了三種不同車速200km/h、250km/h、300km/h下基床表層、軌道和行車的動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。結(jié)果表明:在車速一定的情況下，隨著水泥的添加量從0％增大到5％，各結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)均有一定的改善;水泥添

4、加量一定時，當(dāng)車速從200km/h增加到300km/h時，軌道、路基等動態(tài)響應(yīng)增大，脫軌系數(shù)和輪重減載率也增大。表明車速的提高，可能不利于行車的安全;在凍脹不平順作用下，列車的脫軌系數(shù)最大達到了0.374，在添加5％水泥后降低了34.8％，輪重減載率為0.325，降低了34.7％，表明添加5％的水泥后有利于行車安全;
　　(3)根據(jù)基床表層凍脹變形，將其作為邊界條件導(dǎo)入到建立的基床表層靜力學(xué)模型中，得到基床表層產(chǎn)生的最大拉彎應(yīng)力。