無砟軌道路基動力參數(shù)反求與過渡段優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、室內(nèi)試驗(yàn)、模型試驗(yàn)均不能真實(shí)反映路基的動剪應(yīng)變，現(xiàn)場試驗(yàn)難以提出合理的路基技術(shù)條件及合理結(jié)構(gòu)體系，諸如此類復(fù)雜問題必須通過數(shù)值計(jì)算來解決，但“參數(shù)給不準(zhǔn)”及“模型給不準(zhǔn)”已成為數(shù)值計(jì)算應(yīng)用難以突破技術(shù)“瓶頸”。由反問題精確求得路基動力計(jì)算參數(shù)，再由正問題分析路基動力特性和狀態(tài)，是解決路基技術(shù)條件及合理結(jié)構(gòu)體系問題的最佳解決途徑，但反問題不適定性、極度非線性和大計(jì)算量等特點(diǎn)，對其穩(wěn)定近似解的計(jì)算方法選擇帶來了巨大挑戰(zhàn)。
　　實(shí)際上，

2、路基長期穩(wěn)定性及變形取決于路基服役狀態(tài)，而路基服役狀態(tài)與密實(shí)程度、圍壓、加載頻率、含水率等因素密切相關(guān)，但當(dāng)前缺乏路基尤其是過渡段路基滿足行車舒適性要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)、技術(shù)條件與評判標(biāo)準(zhǔn)以及保持長期動力穩(wěn)定性的技術(shù)參數(shù)、研究方法與評判指標(biāo)等。
　　因此，本文針對于上述諸多問題，并依托現(xiàn)有的高速鐵路路基測試數(shù)據(jù)，展開進(jìn)一步的室內(nèi)外試驗(yàn)、建立數(shù)值仿真模型，對基床底層填料力學(xué)特性和構(gòu)筑物間短路基過渡段的結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了較全面的研

3、究，取得了塊石類A、B組填料以及線路服役狀態(tài)、路基殘余變形預(yù)測、路基面動力設(shè)計(jì)參數(shù)、構(gòu)筑物過渡段短路基設(shè)計(jì)參數(shù)等一系列成果，具體如下：
　?。?）通過現(xiàn)場動響應(yīng)測試，分析并評價了高速鐵路無砟軌道路基的服役狀態(tài)，揭示了運(yùn)營后的高速鐵路路基動力性狀。
　　（2）基于現(xiàn)有的巖土動強(qiáng)度理論，構(gòu)建了以“臨塑動強(qiáng)度”為控制指標(biāo)的無砟軌道路基結(jié)構(gòu)“應(yīng)變增量控制設(shè)計(jì)方法”。在室內(nèi)外試驗(yàn)與數(shù)值模型分析的基礎(chǔ)上，揭示了高速鐵路路基“臨塑動強(qiáng)度”

4、的影響因素，即路基填筑體的“臨塑動強(qiáng)度”與壓實(shí)程度、圍壓、加載頻率、含水率等因素密切相關(guān)，提出了無砟軌道路基不同壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下的“臨塑動強(qiáng)度”建議值。在設(shè)計(jì)允許的行車速度范圍內(nèi)，運(yùn)營列車的密度以及編組的增加，對既有無砟軌道路基的服役狀態(tài)不會產(chǎn)生不良影響，而運(yùn)行速度的增加，即意味著軸重作用頻率的增加，將會使路基“臨塑動強(qiáng)度”的降低，進(jìn)而導(dǎo)致路基病害增加，線路平順性變差。
　?。?）通過塊石類A、B組填料的動三軸試驗(yàn)，建立小變形的前提下的

5、路基填料的動剪切模量比 maxGd/Gd和阻尼比D隨動剪應(yīng)變γ變化的曲線關(guān)系，以及大變形的動荷載-變形特性曲線，完成適合于既有線無砟軌道基床底層、路基本體的累積塑性應(yīng)變與動偏應(yīng)力及振次關(guān)系；通過建立車-軌-路仿真模型，分析并評價高速鐵路各類路基的服役狀態(tài)以基床底層土體和路基本體的累積塑性應(yīng)變，并驗(yàn)證其有效性。
　　（4）基于高速鐵路的動車軌檢實(shí)測得到的軌面不平順數(shù)據(jù)，結(jié)合動三軸試驗(yàn)與車-軌-路的動力有限元數(shù)值分析成果，研究提出了采

6、用基于混合模型與多參數(shù)相互影響的連續(xù)域組合優(yōu)化蟻群算法，利用動車軌檢不平順數(shù)據(jù)，優(yōu)選高速鐵路路基的動力計(jì)算參數(shù)，解決了高速鐵路路基服役狀態(tài)評估參數(shù)難以確定的難題，同時根據(jù)優(yōu)選確定的參數(shù)，可以進(jìn)一步預(yù)測分析高速鐵路的服役狀態(tài)，以及對路基變形病害的分析與評估。采用多參數(shù)相互影響的連續(xù)域組合優(yōu)化蟻群算法求得路基參數(shù)，并結(jié)合Chai和Miura修正指數(shù)模型計(jì)算高速鐵路路基累計(jì)塑性變形，實(shí)測值驗(yàn)證此方法的有效性和精確性。
　?。?）基于混合