既有线提速基床与道床相互影响的研究

论文摘要

随着列车速度不断提高，既有线轨道结构暴露出的问题越来越严重。主要表现为轨道与路基结构在列车重复载荷作用下产生不均匀的残余变形，导致轨道与路基结构的几何形位、尺寸不断发生变化，产生各种不平顺。不平顺的产生除了与基床的强度、密实度有关外，还与道床和基床的刚度指标关系密切。轨道与路基结构的强度、刚度等指标与其平顺性存在着辨证统一的关系，因此本文研究目的就是通过系统研究得出既有线提速基床与道床相互影响的内在关系。 本文主要研究方法有理论分析、室内模型试验、数值计算分析以及现场普查与测试等。首先从理论上对道床与基床的动态特性做了分析研究，提出既有线提速路基面临的相关问题。其次，通过室内动载模型试验，研究不同刚度(密度)基床下，轨道与路基结构的动应力、动变形、模量、刚度等随载荷次数的变化规律及发展过程。然后，通过数值模拟计算掌握了轨道与路基结构动应力、动位移的分布特点及规律。最后，针对不同形式基础结构对道床的影响，综合参考国内外资料的基础上进行了现场调查与实测，提出了线路全面普查与局部勘察相结合的质量评估系统。主要工作及结论如下： 1、重复荷载作用下基床与道床相互影响的室内动载模型试验研究 针对既有线提速改造中遇到的道床与基床参数的合理匹配问题，以室内动载模型试验研究为依托，配制6组不同密实度的土样，对轨道与路基结构进行了动应力、弹性变形、塑性变形、反应模量等项目的测试，并通过不同压实系数下模型试验测试结果的对比分析，得出了基床、道床弹塑性变形以及反应模量的变化趋势，探讨了轨道与路基结构地基系数、压实系数以及动静刚度等参数之间的发展规律，提出了基床对道床影响的临界值，即：基床压实度为0.93时，基床临界动刚度值为75MPa／m，基床临界动弹性变形为1.5mm，道床的临界动刚度值为110kN／mm。对基床与道床参数匹配及相互动力作用的规律研究，为既有线提速改造设计具有重要指导意义。 2、轨道与路基结构动态数值模拟研究 根据模型试验结果，采用反分析法确定轨道与路基结构的材料参数，对模型结构以及原形结构进行动态数值模拟研究。模型试验的数值模拟结果与模型试验

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 既有线提速改造中路基面临的问题
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 土与结构相互作用研究现状
• 1.2.2 既有线路基评估国内外研究现状
• 1.2.2.1 国外路基评估进展
• 1.2.2.2 国内既有线路基评估检测方法
• 1.2.3 轨道与路基结构病害研究现状
• 1.2.4 结构模型试验研究现状
• 1.2.5 轨道与路基结构理论及数值分析研究现状
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究方法及内容
• 1.3.2 研究技术路线
• 2 基床与道床特性研究理论及存在的问题
• 2.1 有碴轨道结构形式
• 2.2 道床变形分析及应力计算
• 2.2.1 道床变形机理分析
• 2.2.2 道床应力分析
• 2.3 基床土理论计算
• 2.3.1 基床土应力应变关系特性
• 2.3.2 路基荷载特点
• 2.3.3 基床土应力计算
• 2.3.4 基床动变形计算
• 2.4 基床与道床相互作用分析及面临的问题
• 2.4.1 基床与道床相互作用分析
• 2.4.2 基床与道床相互作用研究中存在的问题
• 3 基床力学特性对道床影响的室内模型试验
• 3.1 相似理论概述及分析
• 3.1.1 相似定理
• 3.1.2 相似判据确定
• 3.1.3 几何相似常数确定
• 3.2 相似条件模拟
• 3.2.1 初始条件模拟
• 3.2.2 边界条件模拟
• 3.2.3 模型动应力模拟
• 3.2.4 试验材料模拟
• 3.2.5 加载模拟与量测
• 3.3 模型设计及量测元件
• 3.4 模型试验程序及注意事项
• 3.4.1 试验步骤
• 3.4.2 传感器标定
• 3.4.3 试验方案设计及关键技术
• 3.5 材料物性参数试验
• 3.5.1 室内土工试验
• 3.5.2 试验结果分析
• 3.6 小结
• 4 模型试验数据分析
• 4.1 路基动应力分析
• 4.2 弹塑性变形分析
• 4.2.1 动弹性变形
• 4.2.2 塑性变形
• 4.2.3 弹塑性分析
• 4.3 基床刚度检测分析
• 4.3.1 路基反应模量与弹性模量测试
• 4.3.2 静载反应模量的数值计算
• 4.3.3 路基动刚度的测试
• 4.3.4 基床动静刚度之间的关系
• 4.4 道床刚度的测试分析
• 4.4.1 道床静刚度
• 4.4.2 道床动刚度
• 4.4.3 道床动静刚度之间的关系
• 4.5 基床与道床刚度之间的关系
• 4.6 小结
• 5 轨道与路基结构数值模拟研究
• 5.1 快速拉格朗日法简介及数值计算原理
• 5.2 反分析理论基础
• 5.3 静力计算
• 5.3.1 前处理分析
• 5.3.2 本构关系及非线性分析
• 5.3.3 计算模型及参数
• 5.3.4 计算结果
• 5.4 动态数值计算
• 5.4.1 动力分析原理
• 5.4.2 模态分析
• 5.4.3 计算结果
• 5.5 小结
• 6 轨道与路基结构质量调查与评估
• 6.1 既有线路基面临的问题
• 6.2 RSP-CEIS系统设计
• 6.2.1 软件简介
• 6.2.2 系统模块功能介绍
• 6.3 TIC质量评价模型
• 6.3.1 不平顺类型及影响分析
• 6.3.2 轨检数据采集原理
• 6.3.3 轨道不平顺特征描述
• 6.3.3.1 局部不平顺评定
• 6.3.3.2 轨道质量指数评定
• 6.3.3.3 功率谱密度评定
• 6.4 轨道与路基结构评估方法
• 6.4.1 轨道与路基结构的全面普查方法
• 6.4.2 轨道与路基结构的局部勘察方法
• 6.4.3 路基现场综合评分系统
• 6.5 轨道与路基结构养护维修模型
• 6.6 小结及展望
• 6.6.1 小结
• 6.6.2 展望
• 7 不同结构形式基础与道床相互影响的研究
• 7.1 秦沈线、京秦线、遂渝线整体线路状态
• 7.2 填料不同时路基线路状态
• 7.3 路桥过渡段线路状态
• 7.3.1 秦沈线、京秦线路桥过渡段线路状态
• 7.3.2 现场路桥过渡段动力试验研究分析
• 7.4 路堤与路堑过渡段线路状态
• 7.5 路隧过渡段线路状态
• 7.6 桥隧间过渡段线路状态
• 7.7 路基状态现场勘察及评价
• 7.8 小结及建议
• 8 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要