高速鐵路相鄰過渡段路基動(dòng)響應(yīng)及長(zhǎng)期動(dòng)力穩(wěn)定性研究.pdf

1、目前，中國(guó)已擁有世界上最大規(guī)模以及最高運(yùn)營(yíng)速度的高速鐵路網(wǎng)，高速鐵路要求軌道結(jié)構(gòu)具有高平順性和高穩(wěn)定性。路基及其與剛性結(jié)構(gòu)物連接處所設(shè)置的過渡段，其長(zhǎng)期動(dòng)力穩(wěn)定性和后續(xù)的沉降變形對(duì)列車能否高速運(yùn)行將起到控制作用。過渡段是路基的薄弱環(huán)節(jié)，是高鐵路基中需要研究的重要結(jié)構(gòu)物之一，而對(duì)于相鄰過渡段之間相互影響的動(dòng)力特性也有必要進(jìn)行深入分析。本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外路基動(dòng)力響應(yīng)及過渡段等相關(guān)問題研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以武廣高速鐵路相鄰過渡段為研究對(duì)象，結(jié)合國(guó)

2、家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和鐵道部科技研究計(jì)劃重大項(xiàng)目，采用現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)響應(yīng)測(cè)試、室內(nèi)動(dòng)力試驗(yàn)、理論分析和仿真計(jì)算等手段，對(duì)過渡段路基的動(dòng)響應(yīng)特性、動(dòng)力穩(wěn)定性和長(zhǎng)期變形特性開展了深入研究。主要工作和研究成果如下:
　　(1)通過現(xiàn)場(chǎng)波速試驗(yàn)獲取了相鄰涵-路過渡段路基各結(jié)構(gòu)層填料的動(dòng)模量、剪切波速、壓縮波速和動(dòng)泊松比等基本動(dòng)力學(xué)參數(shù)。通過現(xiàn)場(chǎng)激振試驗(yàn)獲取了典型斷面的動(dòng)剛度、動(dòng)阻尼比和豎向振動(dòng)無(wú)阻尼固有頻率。涵頂/過渡段/普通路基的路

3、基綜合剛度比的分析表明，過渡段的設(shè)置保證了剛性結(jié)構(gòu)物與路基之間的平穩(wěn)過渡。路基的固有頻率與動(dòng)剛度成正比，但不同剛度斷面之間的固有頻率差值不大。
　　(2)基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夥椒?、希爾伯特變換等信號(hào)處理技術(shù)和隨機(jī)振動(dòng)理論，提出了一種利用環(huán)境激勵(lì)下路基振動(dòng)信號(hào)識(shí)別路基固有頻率的系統(tǒng)方法。利用該方法獲取了相鄰涵-路過渡段典型斷面的路基固有頻率，并與其他方法進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，表明該方法的識(shí)別結(jié)果可靠且測(cè)試方便，識(shí)別結(jié)果較其他方法更全面。

4、>　　(3)武廣高速鐵路“聯(lián)調(diào)聯(lián)試”期間和正式運(yùn)營(yíng)20個(gè)月后，先后對(duì)試驗(yàn)工點(diǎn)相鄰涵-路過渡段路基進(jìn)行了2次大型現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)響應(yīng)測(cè)試。采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾刃盘?hào)分析方法對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以剔除噪聲干擾及趨勢(shì)項(xiàng)，并通過假設(shè)檢驗(yàn)篩選出有效測(cè)試結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，對(duì)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了時(shí)域統(tǒng)計(jì)、振動(dòng)頻譜基本特征分析，并利用小波方法獲取振動(dòng)信號(hào)不同頻段的振動(dòng)能量比，進(jìn)行路基振動(dòng)特性的深入分析。具體的分析內(nèi)容包括:
　?、俾坊鶆?dòng)響應(yīng)（動(dòng)應(yīng)力、振動(dòng)加速度、振動(dòng)

5、速度、動(dòng)位移）沿線路縱向的分布規(guī)律;
　　②路基綜合剛度以及軸重、車速等行車因素對(duì)路基動(dòng)響應(yīng)、振動(dòng)能量分布的影響，并結(jié)合自振頻率識(shí)別結(jié)果分析了引起路基振動(dòng)的主導(dǎo)激振源;
　?、鄱涕g距相鄰涵洞對(duì)其間普通路基動(dòng)響應(yīng)、振動(dòng)能量的疊加影響:
　?、軐?duì)比分析了不同路基結(jié)構(gòu)層動(dòng)響應(yīng)、振動(dòng)能量特征，以上述分析此為基礎(chǔ)評(píng)價(jià)了過渡設(shè)置的實(shí)際效果，并對(duì)其設(shè)計(jì)提出建議。
　?、輰纱螠y(cè)試的路基動(dòng)響應(yīng)、頻譜特征及振動(dòng)能量分布進(jìn)行對(duì)比，結(jié)

6、果表明相鄰涵-路過渡段的穩(wěn)定性、線路縱向的整體平順性良好。根據(jù)運(yùn)營(yíng)期前后動(dòng)響應(yīng)和振動(dòng)能量的大小、分布與衰減規(guī)律的變化情況，提出了應(yīng)以路基上、下部結(jié)構(gòu)層剛度的合理匹配為原則進(jìn)行路基設(shè)計(jì)。
　　(4)基于路基填料的室內(nèi)、外參數(shù)試驗(yàn)以及運(yùn)營(yíng)期間路基動(dòng)響應(yīng)實(shí)車測(cè)試結(jié)果，采用臨界動(dòng)應(yīng)力法、有效振速法和動(dòng)剪應(yīng)變法對(duì)相鄰涵-路過渡段路基進(jìn)行動(dòng)力穩(wěn)定性驗(yàn)算。再結(jié)合兩次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車測(cè)試的動(dòng)響應(yīng)及其對(duì)比結(jié)果、運(yùn)營(yíng)期附加沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析評(píng)價(jià)了相鄰涵-路過渡

7、段的長(zhǎng)期動(dòng)力穩(wěn)定性。
　　(5)利用路基填料的室內(nèi)動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合其累積塑性應(yīng)變與加載次數(shù)的關(guān)系式并獲取擬合參數(shù):結(jié)合基于FLAC3D三維差分軟件所建仿真模型計(jì)算的偏動(dòng)應(yīng)力結(jié)果，計(jì)算循環(huán)動(dòng)載作用下的路基累積塑性變形，并與現(xiàn)場(chǎng)大型疲勞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。這種仿真計(jì)算和室內(nèi)動(dòng)力試驗(yàn)相結(jié)合的思路可為高速鐵路路基的累積塑性變形預(yù)測(cè)提供參考。
　　(6)建立武廣高速鐵路典型斷面的動(dòng)力有限元分析模型，模型中基床底層、路基本體采用等效