基于路基表面振动波的高速铁路路基压实质量控制方法研究

高速铁路路基是高速列车安全平顺运行的重要基础,路基压实质量控制方法是极其重要。基于经验模态分解(EMD)及快速傅里叶变换(FFT),提出一种基于路基表面振动波波速的路基压实质量检测方法,采用数值模拟和足尺模型试验对其可行性和有效性进行研究。研究结果表明:路基表面振动波波速测算方法具有较强的可行性,且测点间距对振动波波速的测算结果产生的误差小于0.3%;根据单一震荡模式信号与原始信号在时域及频域范围内曲线形态、频率带宽与曲线幅值的一致性,定义一种路基碾压过程中的特征震荡信号;提出基于特征震荡信号的路基压实质量控制方法,验证路基表面振动波波速与填料压实度的极强相关关系,且相关性系数大于0.8。研究成果可为高速铁路路基压实质量检测提供新方法,为高速铁路路基智能填筑及路基压实质量连续检测技术提供支撑。

基于耗散能的高速铁路路基填料动力安定临界阈值研究

科学评估高速铁路路基服役安定特性是保障复杂环境下路基百年服役期的耐久稳定的重要理论手段。对典型高速铁路路基粗粒土填料开展长期循环加载动三轴试验,揭示了不同围压、动载幅值等因素对填料变形发展规律的影响,基于A塑性安定、B塑形蠕变、C增量破坏3类安定状态分析了长期变形收敛趋势以及耗散能变化规律。构建了单位体积耗散能与安定状态的关联,提出了基于等效单位体积耗散能的安定临界状态判别标准和动应力、动应变阈值确定方法。本文研究的典型填料,引起高铁路基填料由稳定的安定状态向不稳定的增量破坏状态的临界动应变所处范围为0.8×10^(-3)~1.3×10^(-3)。研究结果可对涉及列车动载长期作用下的高速铁路路基安定性分析和长期稳定性评估提供理论参考。

振动碾压过程中铁路路基三维振动场分布规律研究

路基填料的压实质量是运营期车辆在循环荷载下安全运营的重要保障,而压路机的自重与激发振动波的协同效应则是实现填料有效压实的核心要素。因此,揭示碾压过程中振动波的三维振动场分布规律对于提高压实质量具有决定性意义。通过建立振动压路机-填料耦合有限元数值仿真模型,揭示振动波在路基中三维方向传播规律,构建铁路路基振动场理论分布方程;依据振动压实现场测试,建立振动碾压过程中现场振动分布方程并确定有效压实范围。结果表明:振动碾压过程中振动波加速度在路基填料中呈指数形衰减规律,三维振动场呈“椭球状”分布规律;明确现场实测条件下路基填料纵波波速、横波波速与加速度衰减系数等关键参数,并以路基填料垂向加速度衰减86%为有效压实范围阈值,构建路基填料有效压实范围的分布方程。研究结果可为振动碾压过程中振动波在铁路路基填料三维振动场分布理论提供依据。

敦白高速铁路路基冻胀规律及冻害成因

随着有砟轨道高速铁路的相继开通运营,出现了一定程度的冻害问题,给高速铁路的养护维修工作带来了更大的挑战。本文结合敦白(敦化—白河)高速铁路所处区域气候环境、设计标准,针对其开通以来发生的路基冻胀问题,通过对动态、静态检测数据统计分析,总结路基冻胀规律,初步研究冻胀成因,提出防治对策。结果表明:敦白高速铁路全线路基冬季存在不同程度的冻胀问题,冻融循环期长达5个月,初步分析路基发生冻害的主要原因为线路所处地理位置气温低、入冬前降雨多导致基床含水率高、基床表层级配碎石水泥掺量低,导致表层冻害数量较多。建议采取强化疏排水、不良填料改性、填料强化置换等措施在夏季、秋季进行综合整治,以减少或消灭冬季冻害,降低冬季现场作业频次。

高性能土工格栅加筋土挡墙数值仿真与参数分析研究

以西南地区复杂环境下土工格栅加筋土挡墙为工程依托,采用有限元软件进行数值模拟,研究不同设计参数与不同地震荷载作用下加筋土挡墙受力变形特征。研究表明,随着土工格栅抗拉强度、土工格栅长度的增加,挡墙的变形逐渐减小,以水平变形为例,高性能土工格栅较常规土工格栅减小量为42%,筋材长度由6 m变化为10 m,减小量为14%;随着土工格栅竖向间距的增大,结构变形逐渐增加,同样以水平变形为例,当土工格栅间距由0.6 m增大至1.2 m时,增幅约为29%。研究结果表明,土工格栅抗拉强度是影响加筋土挡墙稳定性的重要因素,筋材竖向间距的影响次之,而筋材长度对结构变形特征的影响较小。在水平与竖向地震荷载作用下,加筋土挡墙的变形量随地震加速度的增加而增大;相较于普通土工格栅,高性能土工格栅限制加筋土挡墙变形行为更显著。

高速铁路桩承式路基土拱安定性分析

高速铁路桩承式路基中土拱的动力稳定性直接影响到路基的应力分布、累积变形,进而影响其服役性能,而目前研究中动荷载对土拱退化、失稳的影响缺乏定量描述。在Hewlett土拱物理模型的基础上考虑附加循环荷载的作用,分析桩承式路基桩顶、桩间土的受力状态,并结合土拱的破坏失稳模式,利用安定理论构造最佳残余应力场,研究拱脚稳定性随动荷载变化的弹性、安定、破坏阶段,给出弹性极限荷载pe、安定荷载psd、临界破坏荷载pp的求解方法,计算结果与模型试验规律相符。通过安定荷载确定土拱在长期循环荷载作用下不发生累积变形破坏的荷载临界值,其对桩承式路基结构设计具有指导意义。

循环荷载下竖向土拱演化规律试验研究

土拱效应广泛存在于结构-土相互作用体系中,并不可避免地受到动荷载的影响。为探究循环荷载下土拱的演化过程,开展了循环加载下的活动门试验,结合粒子图像测速法(PIV),对土拱的结构形态、位移场及竖向应力的变化规律进行了分析。结果表明,初始土拱形成时活动门上方产生三角形脱空区,施加循环荷载后该结构边界逐渐沿竖向延伸并向填土表面发展,位移场影响范围呈扇形向两侧扩大。根据初始差异沉降的不同,土拱的发展演化呈现出最终状态的差异:达到新的稳定状态,或发生失稳破坏。循环荷载下,初始活动门位移较大时土拱更易趋于破坏,表现为脱空区贯通填土表面并形成竖向滑裂面。土拱结构的稳定性受到脱空区土体堆积对其下边界的支撑作用影响。

高周次列车荷载作用下桩网结构路基桩土应力比计算方法及特性研究

为满足桩网结构路基承载性能设计及其长期服役稳定性预测的需要,基于HCA模型,借助Abaqus有限元平台的二次开发实现了显隐式转换计算方法,并通过现场测试数据进行验证。利用该算法,研究了高周次列车荷载作用下动荷载作用次数、幅值等因素对高速铁路桩网结构路基中桩土应力比的影响。结果表明:高周次动载影响下,桩土应力比随振次的增加呈现先减小后趋于稳定的规律,伴随着桩顶上方应力集中区域减小、竖向应力分叉点下移,其影响范围自混凝土底座外3 m以1∶1的坡度向下扩散;动荷载幅值影响着桩土应力比随循环次数的变化规律,动静荷载比大于1.67时,桩土应力比迅速减小至土拱效应消失,动静荷载比小于0.33时桩土应力比保持稳定。

基于残余应力模拟的高速铁路路基动力安定分析算法

基于安定理论方法,以控制过度非弹性变形的安全裕度为理念,提出了一种改进的动力安定分析算法。本算法的基本数学格式为一个最优化问题,目标函数是动力安定极限,优化变量是通过自平衡模拟的残余应力场,并进一步由非均匀有理B样条曲面插值实现数目的缩减。通过应用于高速铁路路基某现场试验断面的数值算例,验证了本算法的有效性。本算法为研究长期动载下高速铁路路基的长期安定状态提供了理论途径,可为考虑安定性的路基结构设计提供参考。

基于频变等效参数的无砟轨道-路基动力响应分析

基于动力半空间理论及路基与半空间的等效条件,得到考虑频响特性的路基频变等效参数;采用有限元法建立无砟轨道-路基动力分析叠合梁模型与梁板模型,并考虑轨道不平顺激励的轮轨力施加于钢轨的不同位置,分析不同荷载施加情况下的轨道结构动力响应特性,并将数值模拟结果与现场实测值进行对比,验证建模方法及路基等效参数计算方法的可靠性。该方法真实地反映了轨道-路基结构的频响特性,不仅可应用于轨道-路基动力响应分析,也可应用于整个线路系统的动力分析中。

楼宇雨水自动收集装置

“地球上的最后一滴水是我们的眼泪!”当看到公益广告上的这句广告词时，我被震撼了。在电视上看到偏远地区的人们用水非常困难，吃水都要到很远的河沟中担水，到干旱季节因缺水而皲裂的土地触目惊心，想到了水资源的匮乏与珍贵。

考虑频响特性的均质梯形断面路基等效参数计算

以无砟轨道路基为主要研究对象，建立多个高度梯形断面均质路基及半无限空间的有限元动力计算模型，对路基及半无限空间在相同荷载作用下不同位置的动应力、动位移和加速度进行了频响特性对比分析。综合考虑各动力响应结果得出：除去边坡点，路基内大部分点的动力响应吻合度基本呈现随路基高度减小而有所增加的趋势，当路基高度小于3m时，吻合度可达到约80％；当路基高度为4～6 m时，吻合度可达到70％以上；当路基高度为8 m以上时，吻合度低于60％。根据不同的动力分析目的，达到满足分析精度要求的吻合度时，具有梯形断面的路基可以等效为半无限空间，其等效参数可以按照动力基础半空间理论进行计算。