高速鐵路無砟軌道紅黏土路基動力穩(wěn)定性研究.pdf

1、本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目“客運專線無砟軌道紅黏土地基變形特性及動力穩(wěn)定性研究”(編號：50778180)、鐵道部科技研究開發(fā)計劃課題“武廣客運專線灰?guī)r殘積層紅黏土變形特性及路塹邊坡穩(wěn)定性試驗研究”(編號：2005K002-B-2)等重大課題，依托武廣高速鐵路無砟軌道紅黏土路塹基床分項工程，采用室內(nèi)動力試驗、現(xiàn)場動力響應(yīng)測試、理論分析和數(shù)值計算等手段，對石灰?guī)r類原狀結(jié)構(gòu)紅黏土動力特性、無砟軌道路塹基床動力穩(wěn)定性及其換填厚度等問題開展了

2、系統(tǒng)的研究，主要工作如下：
　　 (1)基于室內(nèi)常規(guī)動三軸試驗，研究了不同試驗條件下原狀結(jié)構(gòu)紅黏土的動本構(gòu)關(guān)系、動彈模量、動強(qiáng)度特性，探討了圍壓、固結(jié)比、含水比等因素對它們的影響規(guī)律。試驗研究表明，原狀結(jié)構(gòu)紅黏土動本構(gòu)關(guān)系可用R.L.Kondner雙曲線模型描述；動彈模量隨動應(yīng)變的增大非線性減小，具有明顯的應(yīng)變軟化特征；給出了動本構(gòu)雙曲線模型參數(shù)、動彈模量衰減模型及相應(yīng)的擬合參數(shù)。
　　 (2)通過室內(nèi)自振柱試驗及結(jié)果分

3、析，得到了不同圍壓下原狀結(jié)構(gòu)紅黏土歸一化動剪模量、阻尼比隨動剪應(yīng)變的變化曲線，給出了紅黏土Davidenkov模型參數(shù)、阻尼比經(jīng)驗公式及其相應(yīng)的擬合參數(shù)。圍壓對動剪模量、阻尼比的影響隨動剪應(yīng)變水平的增大而不同：低剪應(yīng)變水平下，動剪模量隨圍壓的增大而增大，阻尼比隨圍壓的增大而減小；高剪應(yīng)變水平下，動剪模量隨圍壓的增大而減小，阻尼比隨圍壓的增大而增大。
　　 (3)基于國外剪應(yīng)變控制式共振柱試驗儀測定土體動剪應(yīng)變門檻試驗技術(shù)的基本原

4、理，利用改造后的應(yīng)力控制式動三軸儀代替目前國內(nèi)尚無的剪應(yīng)變控制式共振柱儀測定土體動剪應(yīng)變門檻，提出了一套完整的試驗方案及數(shù)據(jù)處理方法，為動剪應(yīng)變門檻的確定開辟了新的試驗途徑。對比分析表明，本文提出的試驗技術(shù)足可行的。
　　 (4)基于本文提出的應(yīng)力控制式短時及疲勞動三軸試驗技術(shù)，獲得了不同試驗條件下原狀結(jié)構(gòu)紅黏土短時及疲勞動剪應(yīng)變門檻，為紅黏土路基動力穩(wěn)定性評價提供所需參數(shù)。探討了含水比、圍壓、固結(jié)比等因素的影響，給出了方便實用

5、的短時動剪應(yīng)變門檻γtvS、疲勞動剪應(yīng)變門檻γtvL的經(jīng)驗公式；數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，二者滿足關(guān)系式γtvL≈(0.2-0.3)γtvS。以上三個經(jīng)驗公式的提出為原狀結(jié)構(gòu)紅黏土短時及疲勞動剪應(yīng)變門檻的確定提供了新的經(jīng)驗方法。
　　 (5)通過試驗數(shù)據(jù)分析，揭示了原狀結(jié)構(gòu)紅黏土累積塑性應(yīng)變εp與振次N的非線性走勢特征：隨動應(yīng)力幅值的增大，依次出現(xiàn)穩(wěn)定型、臨界型、破壞型三類εp-lgN曲線。確定了不同試驗條件下原狀結(jié)構(gòu)紅黏土臨界動應(yīng)力范圍及

6、其簡單實用的經(jīng)驗公式，為紅黏土地基動力穩(wěn)定性評價提供了必要的穩(wěn)定性參數(shù)，同時為原狀結(jié)構(gòu)紅黏土強(qiáng)度疲勞特性的深入研究積累了寶貴的資料。
　　 (6)針對原狀結(jié)構(gòu)紅黏土穩(wěn)定型εp-lgN曲線累積塑性應(yīng)變收斂的特點，提出了新的累積塑性應(yīng)變數(shù)學(xué)模型。與經(jīng)典的發(fā)散性對數(shù)函數(shù)模型比較，該模型具有收斂性，能更好地模擬穩(wěn)定型曲線的變化規(guī)律。新模型的提出為原狀結(jié)構(gòu)紅黏土變形疲勞特性的深入研究提供了重要的理論研究基礎(chǔ)。
　　 (7)基于經(jīng)典

7、的破壞型εp-lgN曲線指數(shù)函數(shù)模型，對不同試驗條件下原狀結(jié)構(gòu)紅黏土破壞型試驗曲線進(jìn)行擬合分析，得到了相應(yīng)的參數(shù)。同時考慮動應(yīng)力比、含水比、圍壓、固結(jié)比四個因素的的影響，給出了該指數(shù)函數(shù)模型中各參數(shù)的擬合公式。
　　 (8)通過武廣高速鐵路無砟軌道紅黏土路塹基床的動力響應(yīng)測試與分析，獲得了振動速度、振動加速度、動應(yīng)變、動應(yīng)力在豎向及橫向測試斷面上的變化規(guī)律?；趯Ρ确治?，得到了無砟軌道路塹基床不同于有砟軌道的動力響應(yīng)特征：無砟軌

8、道路基動力響應(yīng)小于有砟軌道，且無砟軌道下動力響應(yīng)衰減速率慢，影響深度大，測試數(shù)據(jù)離散性小。在工程應(yīng)用上，應(yīng)將無砟軌道基床厚度適當(dāng)增大。
　　 (9)通過有限元數(shù)值計算，獲得了武廣高速鐵路無砟軌道路塹基床豎向及橫向斷面上動力響應(yīng)變化規(guī)律。計算結(jié)果與實測結(jié)果對比分析表明，二者基本吻合。這一結(jié)果使得實測結(jié)果和計算結(jié)果二者的正確合理性得到了相互驗證。
　　 (10)基于室內(nèi)動力試驗及現(xiàn)場動力響應(yīng)測試結(jié)果，同時采用臨界動應(yīng)力法、有