高速鐵路瀝青道床材料的破壞模式與特徵參數

《高速鐵路瀝青道床材料的破壞模式與特徵參數》是依託武漢理工大學，由方明鏡擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高速鐵路瀝青道床材料的破壞模式與特徵參數
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：方明鏡
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

道床材料直接影響高速鐵路的運營安全、行車舒適與服務壽命。密級配瀝青混凝土用於高速鐵路道床支承層具有防水、減振、降噪、適應路基變形、易於維護且環保可回收等優勢，但瀝青層材料在輪軌荷載作用下存在損傷、劣化甚至破壞之風險。項目基於材料損傷與斷裂力學理論，以瀝青道床破壞模式與特徵參數為內容，圍繞解決道床瀝青層受力狀態與邊界約束影響道床材料損傷演化作用機制的關鍵問題，採用理論分析、粘彈性有限元數值計算、室內瀝青混凝土試件彎曲與單軸壓縮破壞試驗，結合相關實測資料，合理選取高速鐵路瀝青有砟和瀝青無砟典型道床形式，並引入瀝青混合料疲勞開裂機制，開展道床瀝青混凝土材料的損傷演變、劣化機理及破壞行為研究，提出瀝青道床材料的關鍵力學指標和破壞判定準則，揭示高速鐵路道床瀝青混凝土材料的破壞模式，構建瀝青道床材料的破壞特徵參數評價體系。研究成果可為我國高速鐵路全斷面瀝青混凝土支承層的結構設計與工程套用提供理論指導。

結題摘要

鐵路道床是軌下基礎重要的組成部分，位於軌道結構與路基面之間，直接承受、傳遞並分散由鋼軌傳下的列車動荷載。道床性能直接影響高速鐵路的運營安全、行車舒適與服務壽命。由於無砟軌道具有優良穩定性和少維修性，相對於散粒體的道砟道床，我國高速鐵路廣泛採用水泥混凝土無砟軌道。然而，水泥混凝土無砟軌道結構在實際套用中存在剛度大、振動強、噪聲高、易開裂且修復極其困難等問題。 粗粒式密實性瀝青混凝土兼具強度與柔性及優良的防水性能，國外許多國家已將其用於高速鐵路道床中，而我國僅開展了少量以路基面防水為目的的試驗性施工和初步的理論分析，處於初期研究階段。全斷面瀝青軌下基礎層相對於路基面防水瀝青層具有明顯的結構差異性，即前者除了防水功能要求外，還需要承擔軌道傳遞下來的列車荷載。列車動荷載作用於瀝青層上，瀝青混凝土材料內部產生疲勞損傷積累。當損傷變形超過一定的限值，道床瀝青層將產生破壞，進而引起軌道不平順並危及行車安全。因此，明確高速鐵路道床瀝青混凝土材料的破壞模式與特徵參數，是瀝青道床結構能實際套用和推廣的關鍵。 本項目採用動力有限元分析方法，優選瀝青道床結構型式；針對最優結構組合，描述相應瀝青層在不同列車動荷載作用下的受力狀態；通過數值計算和室內試驗相結合的手段，分析了高速鐵路道床瀝青層的破壞行為；提出了列車動載環境中道床瀝青層的破壞判定準則和關鍵力學指標，構建了高速鐵路瀝青道床材料的特徵參數評價體系。研究成果可為高速鐵路全斷面瀝青道床的進一步研究和相關套用提供理論依據。