高速铁路软土地基处理效果评价及路基结构动力响应分析

论文摘要

随着我国经济快速发展,传统铁路已经无法满足现代人们的需要。高速铁路作为一种新的交通工具,由于其具有快捷、舒适、高效等优点,正逐渐被公众所认可。高速铁路要求为列车的高速行驶提供一个高平顺性和稳定性的基础,而路基作为轨道结构的基础,必须在运营条件下将线路轨道的设计参数保持在要求的标准范围内。《京沪高速铁路暂行规定》明确规定：一般地段工后沉降要求小于5cm,年沉降速率不得大于2cm/年,而从厦深高铁沿线工程地质条件分析,厦深铁路广东段软土地基总长度达142.7km,因此,严格控制软土路基的工后沉降及列车高速运行时路基顶面的弹性变形成为高速铁路路基设计和施工的关键。软土地基的路基工后沉降由路基填土压密下沉、行车荷载引起的基床累积下沉、软土地基引起的工后沉降三部分组成,其中,控制路基工后沉降的主要是控制软土地基的工后沉降。为了保证路基工后沉降满足高速铁路规程的要求,进行了塑料排水板+真空预压、塑料排水板+超载预压两种地基处理方法的试验,比较了两种不同处理方法地基土的沉降变形特性及土体内部的孔隙水压力变化特性,并对上述两种方法处理的软土地基效果进行了评价。根据轨道—路基结构各部分在列车荷载作用下的变形与振动特性,结合厦深高铁选取合理的参数和模型,利用大型有限元软件ANSYS对路基结构进行动力分析。该模型由离散支撑的梁单元模拟钢轨,八节点的实体单元模拟轨枕、道床、路基、地基,并充分考虑轨枕下部材料的非线性特性。从计算及分析结果可知,基床表层土的弹性模量对路基顶面的最大加速度有较大影响,而地基土的弹性模量对路基顶面位移的影响较大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 高速铁路路基的结构形式
• 1.3 高速铁路路基变形分析及其控制标准
• 1.3.1 高速铁路路基弹性变形
• 1.3.2 高速铁路路基工后沉降
• 1.4 高速铁路软体地基处理方法
• 1.4.1 排水固结法
• 1.4.2 复合地基法
• 1.5 存在的问题及本文的研究内容
• 1.5.1 存在的问题
• 1.5.2 本文的研究内容
• 第2章 高速铁路路基动力响应的计算方法
• 2.1 路基土的动力疲劳特征
• 2.2 路基动力响应分析方法
• 2.2.1 运动方程的建立
• 2.2.2 Newmark时间积分法
• 2.2.3 质量矩阵的确定
• 2.2.4 阻尼矩阵的确定
• 2.3 小结
• 第3章 高速公路软土地基处理方法效果评价
• 3.1 工程概况
• 3.1.1 厦深客专
• 3.1.2 主要技术标准
• 3.2 试验段工程地质条件
• 3.3 试验段设计方案
• 3.4 软土地基处理工程监测方案
• 3.4.1 软土地基处理工程监测的意义
• 3.4.2 监测项目及仪器布置要求
• 3.4.3 监测频率
• 3.4.4 监测实施方案
• 3.5 地基表层沉降规律及孔隙水压力变化规律
• 3.5.1 塑料排水板联合真空预压加固软基效果分析
• 3.5.1.1 地基表层沉降规律
• 3.5.1.2 孔隙水压力变化规律
• 3.5.2 塑料排水板联合超载预压加固软基效果分析
• 3.6 地基最终沉降量的推算及控制工后沉降效果分析
• 3.6.1 利用实测沉降资料推算最终沉降方法简介
• 3.6.1.1 双曲线法
• 3.6.1.2 指数法
• 3.6.2 地基最终沉降量的推算
• 3.7 小结
• 第4章 高速列车荷载作用下路基动力响应的有限元分析
• 4.1 有限单元法基本原理及ANSYS简介
• 4.2.1 有限单元法基本原理
• 4.2.2 ANSYS软件简介
• 4.2 有碴轨道—路基结构模型的建立
• 4.2.1 模型中结构单元的选取
• 4.2.2 土体材料的本构模型及屈服准则
• 4.2.3 材料参数的选取
• 4.2.4 列车荷载产生的机理及大小
• 4.3 有限元模型的建立
• 4.4 计算结果分析
• 4.4.1 路基顶面最大加速度与路基各部分弹性模量的关系
• 4.4.2 路基顶面最大位移与路基各部分弹性模量的关系
• 4.4.3 路基竖向动应力与路基各部分弹性模量的关系
• 4.4.4 路基的竖向动应力分布
• 4.5 小结
• 第5章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的论文发表情况及科研情况