季節凍土區鐵路列車行駛路基振動反應與穩定性研究

《季節凍土區鐵路列車行駛路基振動反應與穩定性研究》是依託哈爾濱工業大學，由凌賢長擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：季節凍土區鐵路列車行駛路基振動反應與穩定性研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：凌賢長

項目摘要

以我國東北典型季節凍土區鐵路路基凍融病害防治為套用背景，立足於我們過去的研究基礎與資料積累，並結合我們正在進行的相關研究工作，充分考慮列車行駛振動條件，通過深入的理論分析、數值模擬與現場監測、室內試驗相結合研究手段，著眼於研究在列車行駛長期反覆振動作用下季節性凍脹路基穩定性機理與影響因素、路基季節性凍脹－融沉變形發展規律與影響因素、路基季節性凍融失穩觸發條件與災害控制等三方面亟待解決的突出基礎與理論問題，致力於為季節性凍脹路基病害治理措施的合理確定提供必要的理論依據，並給出季節性凍脹路基列車載荷下穩定性分析技術途徑、沉陷預測技術方法，同時提出病害防治的若干可行建議。有利於進一步加深理解季節性凍脹路基列車載荷下穩定性、凍融病害等關鍵科學問題，對於避免病害治理措施選擇的盲目性且確保措施的長期有效性無疑具有極其重要的實際意義，對於促進我國凍土動力學、軌道交通動力學的學科發展具有重要的理論意義。

結題摘要

本項目針對季節凍融鐵路路，對京哈鐵路軌道交通荷載下凍土、融土的動力性能、列車荷載下路基動力回響、長期列車荷載作用下路基動力永久變形和路基凍害處理等科學問題進行了基礎性研究，主要研究內容與取得的成果如下。 (1) 通過室內低溫動三軸試驗，對比研究了在動應力條件、外界環境和土體物理狀態改變下凍結粉質粘土的動態力學行為，深入研究了列車循環荷載下凍結粉質粘土的彈性變形和累積塑性變形的變化規律，建立了回彈模量的經驗模型，並以臨界動應力為歸一化因子，建立了累積變形與動應力條件、振動次數和凍結溫度等參數之間的關係模型。 (2) 針對季節性凍融循環與列車荷載作用特點，基於室內常溫循環三軸試驗，對比研究了凍融循環次數、融化溫度、動應力幅值和圍壓等影響因素對粉質粘土的動態力學行為的影響，深入研究了凍融循環和列車循環荷載綜合作用下粉質粘土的彈性變形和累積變形變化規律，並建立了回彈模量和累積塑性變形與凍融循環次數之間的關係模型。 (3) 建立了有限元-無限元結合針對季節凍土路基三維動力回響的數值模擬途徑。採用課題組自編的車-軌-路基動力模型程式計算列車動荷載，以軌-枕作用力為列車荷載輸入到路基三維動力數值模型中，實現了溫度場和應力場耦合，探討了列車速度、列車軸重及路基的主要設計參數對路基動力回響的影響規律，並藉助正交試驗設計原理，對各影響參數的敏感性進行評價。 (4) 以建立的列車循環荷載下凍結、融化的粉質粘土的累積永久應變模型為基礎，二次開發了接口於以Drucker-Prager準則為屈服標準的粘彈塑性本構的CREEP子程式，建立了考慮列車荷載引起動應力的鐵路路基長期變形的數值模型。基於該模型預測了列車荷載作用下路基的永久變形，並探討列車軸重、行車速度、振動次數等因素對路基動力永久變形發展的影響。 (5) 建立季凍區鐵路路基溫度場預測模型，預測套用固化劑和保溫板分別對季凍區鐵路路基內部溫度場的影響。考慮在鋪設保溫層情況下，加鋪防凍脹護道對路基地溫特徵的影響規律，並與未加鋪防凍脹護道的情況進行對比分析。結果表明：鋪設保溫材料對減小路基中部附近土體季節凍結深度有明顯作用。