水對多孔性CA砂漿受力狀態(tài)影響的數值模擬分析.pdf

1、高速鐵路服役過程中，CRTSⅠ和Ⅱ型板式無砟軌道結構中的水泥乳化瀝青砂漿（簡稱CA砂漿）充填層主要出現離縫、沖蝕、開裂和碎裂等劣化與破壞現象，已有研究認為高速列車動載沖擊下孔隙動水壓作用是其主要原因。本文根據CA砂漿的多孔特征和力學特性指標，建立多孔材料模型，應用多孔介質流固耦合理論和相關數值模擬分析軟件，分析靜、動載和動載-水耦合等作用下CA砂漿內孔隙和孔隙內水的力學響應。旨在通過數值模擬分析，探討動荷載-水耦合作用下CA砂漿的劣化與

2、破壞機理。通過模擬分析，主要得出如下結論：
　　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砂漿內孔隙的靜態(tài)力學響應，分析結果表明：在相同均布荷載作用下，多孔模型中，孔數不變而孔徑增加或孔徑不變而孔數增加時，多孔材料內越容易出現高應力區(qū)，并產生較大的豎向位移;孔隙率（包含孔隙直徑和孔隙數目）越大，多孔材料中高應力區(qū)的應力和變形越大。雙孔模型中，拉壓應力產生的裂縫分布隨雙孔相對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)力學響應的關鍵因素。
　?、撇捎肁NSYS Workbench軟件，模擬分析在動荷載作用下CA砂漿孔隙內自由水不發(fā)生逃逸時產生的流固耦合效應，分析結果表明，在相同均布荷載作用下，對比無水與飽水狀態(tài)的單孔模型，飽水狀態(tài)的孔壁分布的應力較小，相應產生的應變和位移較大。若該應變超過CA砂漿的極限應變，則導致孔壁開裂和孔隙擴展。外部水滲入又使孔內飽水，動荷載作用又使孔壁再次產生較大應變并引發(fā)再次開裂和

4、孔隙擴展。如此反復，在動載-水耦合重復作用下，CA砂漿內孔隙不斷擴展、連通，最終導致其開裂和碎裂破壞。因而，以數值模擬分析方法，揭示了板式軌道結構砂漿充填層的劣化與破壞機理。
　?、遣捎肍LUENT流體分析軟件，模擬分析動荷載作用下水流迅速滲入CA砂漿內產生的水流劈裂作用。分析認為，在列車動荷載快速沖擊作用下，軌道板與砂漿充填層間離縫內的水將快速向CA砂漿內滲入，并在入水端面產生很高的滲水壓力，高速高壓的水流像楔子作用于CA砂漿表