高速鐵路路基累積沉陷的宏細觀尺度研究

《高速鐵路路基累積沉陷的宏細觀尺度研究》是依託浙江大學，由邊學成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高速鐵路路基累積沉陷的宏細觀尺度研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：邊學成
• 項目類別：面上項目

項目摘要

鐵路路基是軌道下方直接承載列車動荷載的關鍵土工構築物，一般由基床表層、基床底層和路堤本體構成。大周次列車循環荷載產生的路基累積沉陷導致軌道變形，影響高速列車運行的安全性和舒適性。如何正確認識累積沉陷的發生機理和發展規律，進而實現有效控制是高速鐵路建設中亟待解決的難題。本課題通過細觀尺度與巨觀尺度相結合來研究路基的累積沉陷問題。建立考慮路基顆粒料真實幾何形狀和級配特性的細觀分析理論和計算方法，基於數值仿真揭示路基顆粒料的運動規律和四種累積沉陷模式的發生機理；通過單元體試驗獲得單向循環荷載和有主應力軸旋轉的交通荷載作用下顆粒料的強度和變形特性；結合細觀尺度上揭示的沉陷發展機理和巨觀尺度上獲得的變形特性，提出路基累積沉陷的判別準則和預測理論；最後，通過模型試驗驗證所提出的累積沉陷分析理論，提出相應的控制對策。本項目的研究對於我國土質路基上建造安全可靠的高速鐵路具有重要意義。

結題摘要

高速鐵路路基是軌道下方直接承載列車循環動荷載的關鍵土工結構物，由基床表層、基床底層和路堤本體構成。大周次列車循環荷載產生的路基累積沉陷導致軌道變形，影響高速列車運行的安全性和舒適性。如何正確認識累積沉陷的發生機理和發展規律，進而實現有效控制是高速鐵路建設中亟待解決的難題。本課題通過細觀尺度與巨觀尺度相結合來研究路基的累積沉陷問題。建立了基於雙平面鏡和三視圖的顆粒圖像採集軟硬體平台，建立顆粒的三維模型，利用幾何形狀參數對不同顆粒形狀進行了分類；將顆粒三維模型引入基於多面體的離散元程式進行數值仿真，揭示了顆粒細觀尺度行為對巨觀力學特性的影響機理；通過單元體試驗獲得單向循環荷載作用下顆粒料的力學特性，發現粗粒料顆粒的破碎主要發生於制樣過程，道砟和底砟間界面效應對於限制永久塑性變形和體積應變具有積極作用；基於全比尺物理模型試驗，通過時序載入系統施加高速列車移動荷載，提出了高速鐵路路基內部動應力計算的經驗公式，實現了板式軌道-路基不同深度和速度條件下路基動應力的計算；分析了水位上升對系統動力穩定性和動力累積變形的影響，發現當路基達到完全飽和時，兩者均遠遠超出了規範的要求，建議在路基設計中應該充分考慮水對路基強度和變形的影響；長期列車循環載入試驗結果初步表明將非水反應高聚物注漿技術套用到高速鐵路無砟軌道路基沉陷的修復中是可行的，修復後軌道-路基系統的動力穩定性和動力累積變形均滿足無砟軌道路基的技術要求；通過在車—軌—路垂向耦合模型中引入典型沉降模式，結合乘客舒適度指標和輪重減載率指標獲得了列車不同運行速度下的路基沉降控制標準,為不同路基沉降情況下列車運行速度控制提供了依據。本項目的研究對於我國土質路基上建造安全可靠的高速鐵路具有重要意義。