高速鐵路路塹巖質(zhì)邊坡的動態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著鐵路現(xiàn)代化的發(fā)展，高速重載鐵路運(yùn)輸勢在必行。提高列車運(yùn)行速度和增加牽引重量將不可避免地增大列車振動強(qiáng)度，列車運(yùn)行所產(chǎn)生的環(huán)境振動影響越來越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。高速鐵路巖質(zhì)邊坡不僅地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，而且將受到長期的高速列車振動影響。因此，在滑坡治理、邊坡設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性評價等工程實(shí)踐中，如何考慮列車振動荷載影響，已經(jīng)成為山區(qū)高速鐵路建設(shè)中的一個重要課題。本文在總結(jié)國內(nèi)外軌道系統(tǒng)計(jì)算模型、列車振動荷載模型、鐵路環(huán)境振動響應(yīng)等方面已有研究成果的基

2、礎(chǔ)上，采用理論分析、現(xiàn)場試驗(yàn)、數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對高速列車振動荷載作用下巖質(zhì)邊坡的動態(tài)響應(yīng)及邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，并取得如下主要成果和結(jié)論： 1.對鐵路巖質(zhì)邊坡的特點(diǎn)、邊坡穩(wěn)定性分析基本方法、影響鐵路巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的因素等方面進(jìn)行了理論分析；在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，對如何建立邊坡穩(wěn)定性分析的地質(zhì)模型、破壞模型及數(shù)學(xué)力學(xué)模型等進(jìn)行了研究。 2.通過對邊坡巖體非線性、彈塑性本構(gòu)模型的分析和評價，構(gòu)造出了用于有限元

3、計(jì)算的邊坡巖體彈塑性本構(gòu)模型；并根據(jù)室內(nèi)(外)巖石力學(xué)試驗(yàn)及國內(nèi)外相關(guān)巖石(體)動力特性研究成果，研究了邊坡巖體的動彈塑性本構(gòu)關(guān)系。 3.通過對軌道結(jié)構(gòu)模型、機(jī)車車輛模型的比較和評價，分析了車輛－軌道耦合系統(tǒng)建模的一般原則，并對車輛－軌道垂向耦合動力分析模型的基本特征進(jìn)行了研究。根據(jù)秦－沈客運(yùn)專線車輛的結(jié)構(gòu)形式、懸掛特性及軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了具有兩系懸掛的(客車)車輛一(有碴)軌道垂向統(tǒng)一模型；應(yīng)用DAlembert原理確立了輪

4、軌系統(tǒng)各部分的振動微分方程，基于建立的車輛－軌道垂向系統(tǒng)動力分析模型和振動微分方程的數(shù)值積分方法，研制了輪軌系統(tǒng)動力分析計(jì)算程序。 4.采用研制的動力分析程序，對軌道隨機(jī)不平順激勵下的車輛、軌道相互作用動力響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并通過數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場試驗(yàn)工點(diǎn)的實(shí)測數(shù)據(jù)的對比分析，驗(yàn)證了車輛－軌道垂向耦合動力分析模型的有效性。 5.應(yīng)用振動反分析和有限元理論，提出了計(jì)算高速鐵路振動荷載時程的有限元動力反分析方法。針對高速鐵

5、路列車動載特點(diǎn)，建立了高速列車豎向振動荷載計(jì)算模型。采用現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)與模型分析結(jié)果進(jìn)行對比的方法，即根據(jù)秦－沈客運(yùn)專線實(shí)測振動位移、速度和加速度反求列車豎向振動荷載，并與相應(yīng)的實(shí)測振動荷載進(jìn)行對比分析，效驗(yàn)了高速鐵路豎向振動荷載動力反分析有限元模型的有效性。 6.根據(jù)高速鐵路振動荷載計(jì)算模型和動力反分析有限元法，研制了相應(yīng)的計(jì)算程序。以現(xiàn)場實(shí)測振動位移、速度和加速度作為輸入值，正確選取模型參數(shù)、邊界條件和計(jì)算范圍，計(jì)算了秦－沈客

6、運(yùn)專線路塹段不同列車運(yùn)行速度下的列車豎向振動荷載時程。為進(jìn)一步分析高速鐵路振動荷載作用下路基及周圍環(huán)境的動態(tài)響應(yīng)打下了基礎(chǔ)。 7.結(jié)合列車豎向振動荷載模型、邊坡巖體彈塑性本構(gòu)模型及巖質(zhì)邊坡系統(tǒng)計(jì)算模型，對常用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了分析比較，并研制了相應(yīng)的動力有限元計(jì)算程序，對高速列車振動荷載作用下巖質(zhì)邊坡的動態(tài)響應(yīng)及邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。通過實(shí)例分析，主要研究了列車運(yùn)行速度對巖質(zhì)邊坡動態(tài)響應(yīng)及邊坡穩(wěn)定系數(shù)的影響程度。為高速鐵路巖質(zhì)邊