高速鐵路無砟軌道紅黏土路基動力穩(wěn)定性研究.pdf

1、本文結合國家自然科學基金項目“客運專線無砟軌道紅黏土地基變形特性及動力穩(wěn)定性研究”(編號：50778180)、鐵道部科技研究開發(fā)計劃課題“武廣客運專線灰?guī)r殘積層紅黏土變形特性及路塹邊坡穩(wěn)定性試驗研究”(編號：2005K002-B-2)等重大課題，依托武廣高速鐵路無砟軌道紅黏土路塹基床分項工程，采用室內動力試驗、現(xiàn)場動力響應測試、理論分析和數值計算等手段，對石灰?guī)r類原狀結構紅黏土動力特性、無砟軌道路塹基床動力穩(wěn)定性及其換填厚度等問題開展了

2、系統(tǒng)的研究，主要工作如下：
　　 (1)基于室內常規(guī)動三軸試驗，研究了不同試驗條件下原狀結構紅黏土的動本構關系、動彈模量、動強度特性，探討了圍壓、固結比、含水比等因素對它們的影響規(guī)律。試驗研究表明，原狀結構紅黏土動本構關系可用R.L.Kondner雙曲線模型描述；動彈模量隨動應變的增大非線性減小，具有明顯的應變軟化特征；給出了動本構雙曲線模型參數、動彈模量衰減模型及相應的擬合參數。
　　 (2)通過室內自振柱試驗及結果分

3、析，得到了不同圍壓下原狀結構紅黏土歸一化動剪模量、阻尼比隨動剪應變的變化曲線，給出了紅黏土Davidenkov模型參數、阻尼比經驗公式及其相應的擬合參數。圍壓對動剪模量、阻尼比的影響隨動剪應變水平的增大而不同：低剪應變水平下，動剪模量隨圍壓的增大而增大，阻尼比隨圍壓的增大而減小；高剪應變水平下，動剪模量隨圍壓的增大而減小，阻尼比隨圍壓的增大而增大。
　　 (3)基于國外剪應變控制式共振柱試驗儀測定土體動剪應變門檻試驗技術的基本原

4、理，利用改造后的應力控制式動三軸儀代替目前國內尚無的剪應變控制式共振柱儀測定土體動剪應變門檻，提出了一套完整的試驗方案及數據處理方法，為動剪應變門檻的確定開辟了新的試驗途徑。對比分析表明，本文提出的試驗技術足可行的。
　　 (4)基于本文提出的應力控制式短時及疲勞動三軸試驗技術，獲得了不同試驗條件下原狀結構紅黏土短時及疲勞動剪應變門檻，為紅黏土路基動力穩(wěn)定性評價提供所需參數。探討了含水比、圍壓、固結比等因素的影響，給出了方便實用

5、的短時動剪應變門檻γtvS、疲勞動剪應變門檻γtvL的經驗公式；數據分析發(fā)現(xiàn)，二者滿足關系式γtvL≈(0.2-0.3)γtvS。以上三個經驗公式的提出為原狀結構紅黏土短時及疲勞動剪應變門檻的確定提供了新的經驗方法。
　　 (5)通過試驗數據分析，揭示了原狀結構紅黏土累積塑性應變εp與振次N的非線性走勢特征：隨動應力幅值的增大，依次出現(xiàn)穩(wěn)定型、臨界型、破壞型三類εp-lgN曲線。確定了不同試驗條件下原狀結構紅黏土臨界動應力范圍及

6、其簡單實用的經驗公式，為紅黏土地基動力穩(wěn)定性評價提供了必要的穩(wěn)定性參數，同時為原狀結構紅黏土強度疲勞特性的深入研究積累了寶貴的資料。
　　 (6)針對原狀結構紅黏土穩(wěn)定型εp-lgN曲線累積塑性應變收斂的特點，提出了新的累積塑性應變數學模型。與經典的發(fā)散性對數函數模型比較，該模型具有收斂性，能更好地模擬穩(wěn)定型曲線的變化規(guī)律。新模型的提出為原狀結構紅黏土變形疲勞特性的深入研究提供了重要的理論研究基礎。
　　 (7)基于經典

7、的破壞型εp-lgN曲線指數函數模型，對不同試驗條件下原狀結構紅黏土破壞型試驗曲線進行擬合分析，得到了相應的參數。同時考慮動應力比、含水比、圍壓、固結比四個因素的的影響，給出了該指數函數模型中各參數的擬合公式。
　　 (8)通過武廣高速鐵路無砟軌道紅黏土路塹基床的動力響應測試與分析，獲得了振動速度、振動加速度、動應變、動應力在豎向及橫向測試斷面上的變化規(guī)律?；趯Ρ确治觯玫搅藷o砟軌道路塹基床不同于有砟軌道的動力響應特征：無砟軌

8、道路基動力響應小于有砟軌道，且無砟軌道下動力響應衰減速率慢，影響深度大，測試數據離散性小。在工程應用上，應將無砟軌道基床厚度適當增大。
　　 (9)通過有限元數值計算，獲得了武廣高速鐵路無砟軌道路塹基床豎向及橫向斷面上動力響應變化規(guī)律。計算結果與實測結果對比分析表明，二者基本吻合。這一結果使得實測結果和計算結果二者的正確合理性得到了相互驗證。
　　 (10)基于室內動力試驗及現(xiàn)場動力響應測試結果，同時采用臨界動應力法、有