高速鐵路無砟軌道路基動力特性及參數(shù)研究.pdf

1、中圖分類號U D C博士學(xué)位論文學(xué)校代碼! Q 5 三3高速鐵路無砟軌道路基動力特性及參數(shù)研究S t u d y o nd y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s a n d p a r a m e t e r s o fb a l l a s t l e s st r a c k - s u b g r a d e o f h i g h s p e e d r a i l w a y作者姓

2、名：學(xué)科專業(yè)： 研究方向：學(xué)院( 系、所) ：指導(dǎo)教師：王啟云土木工程路基動力學(xué)土木工程學(xué)院張家生教授’論文答辯日期Z ! [ 三皇：! 矽 答辯委員會主中 南大學(xué)2 0 1 3 年9 月高速鐵路無砟軌道路基動力特性及參數(shù)研究摘要：隨著高速鐵路的發(fā)展，無砟軌道結(jié)構(gòu)在我國應(yīng)用越來越普遍。但目前無砟軌道路基結(jié)構(gòu)的設(shè)計大多借鑒國外經(jīng)驗以及大型模擬試驗結(jié)果，在高速列車荷載作用下路基的動力特性及其影響參數(shù)的研究還遠不夠。本文在總結(jié)和吸取前人研究的

3、基礎(chǔ)上，結(jié)合原鐵道部專項科研基金項目，采用理論分析、數(shù)值模擬和模型試驗對無砟軌道路基的動力特性進行了研究，采用大型動三軸試驗對高速鐵路路基粗粒土B 組填料的動彈模和阻尼比進行了研究，主要取得了以下成果：( 1 ) 將鋼軌和無砟軌道結(jié)構(gòu)視為E u l e r 梁，扣件和C A 砂漿視為有阻尼的彈簧，路基視為各向同性粘彈性半空間體，建立了無砟軌道一路基系統(tǒng)動力分析模型。通過移動坐標和F o u r i e r 積分變換得到了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)在

4、波數(shù)域內(nèi)的積分表達式。利用自適應(yīng)數(shù)值積分算法和I F F T 算法對積分表達式進行了數(shù)值計算，分析了列車荷載頻率、速度以及路基彈性模量對板式無砟軌道路基表面豎向位移的影響，結(jié)果表明當(dāng)速度小于2 0 0 k m ／h 時，路基表面的豎向動位移主要發(fā)生在軌道結(jié)構(gòu)寬度范圍內(nèi)，且位移幅值隨頻率增加而減??；當(dāng)速度大于2 5 0 k m ／h 時，路基的表面的豎向位移振動逐漸擴大至軌道結(jié)構(gòu)范圍以外，且位移幅值隨頻率增加而增大。列車速度接近路基瑞利波

5、速時，路基表面豎向位移急劇增加。 ．( 2 ) 大型動三軸試驗結(jié)果表明動應(yīng)變是影響粗粒土B 組填料動彈模和阻尼比的最主要因素。當(dāng)動應(yīng)變小于0 ．0 7 5 ％時，動彈模隨動應(yīng)變的增加而急劇減?。划?dāng)動應(yīng)變大于O ．0 7 5 ％時，動彈模隨動應(yīng)變的增加而緩慢減小。當(dāng)動應(yīng)變小于0 ．0 1 5 ％時，阻尼比隨動應(yīng)變的增加而急劇增加；當(dāng)動應(yīng)變大于0 ．0 1 5 ％時，阻尼比隨動應(yīng)變的增加而緩慢增加并逐漸趨于穩(wěn)定。隨著固結(jié)圍壓或加載頻率的增加

6、，動彈模和阻尼比均增大。隨著振動次數(shù)的增加，動彈模減小，且應(yīng)力水平越高衰減越快。( 3 ) 利用無砟軌道一路基系統(tǒng)的三維有限元模型研究了路基動力特性的時空分布規(guī)律，分析了軌道結(jié)構(gòu)型式、材料特性、列車速度、軸重、軌道不平順等因素對系統(tǒng)動力特性的影響，并在此基礎(chǔ)上對這些參數(shù)進行了評價。此外，利用有限元模型探討了路基局部( 長寬高約為1 ．3 m x l ．6 mx 0 ．6 m ) 填料不密實、不均勻沉降等路基病害對系統(tǒng)動力特性的影響，分析