通过三轴试验确定道砟劣化状态

在伊利诺伊大学香槟分校进行的道砟颗粒材料试验用大型三轴试验设备（图1）的研发是由美国运输技术中心公司（TTCI）提供支持。该试验设备采用单调压缩及重复加载试验，确定道砟材料的剪力强度、弹性模量及永久变形特性。这项研究是美国铁路协会（AAR）与联邦铁路局（FRA）共同主持的重轴载轨道基础设施研究项目的一部分。

清洗后的劣化道砟直剪力学特性分析

为探究劣化道砟力学特性及其循环利用机理,分别针对清洗后掺加不同比例新道砟的劣化道砟,结合洛杉矶磨耗试验仪和应变控制式直剪仪,开展了不同比例新旧道砟混合体的直剪试验,探讨了不同垂压(50、100、200 k Pa)下不同比例新旧道砟混合体应力应变特征.研究结果表明:劣化道砟抗剪强度随新道砟含量增多而增大,如100 k Pa垂压下,新道砟含量为50%和100%的样本抗剪强度分别为143.4 k Pa和176.7 k Pa,比劣化道砟抗剪强度分别提高了24.0%和52.9%;劣化道砟剪胀现象随新道砟含量增多而越不明显,如100 k Pa垂压下,新道砟含量为50%和100%的样本最大剪胀量分别为9.842 mm和7.969 mm,比劣化道砟最大剪胀量分别降低了25.8%和39.9%;清洗后劣化道砟力学性能与新道砟差别较小,在一定条件下可与新道砟混合重复使用.

基于大型动三轴试验和图形分析法的有砟道床劣化特性研究

为揭示列车长期动荷载作用下有砟道床劣化规律,开展大型动三轴试验,研究道砟试样在循环荷载作用下的累积应变、滞回圈、动弹性模量以及阻尼比等宏观力学行为演变规律。同时,采用三维激光扫描仪并结合图形分析法从细观尺度分析动荷载作用下道砟颗粒劣化规律。研究结果表明:道砟试样永久变形行为符合塑性安定和棘轮行为特征;随循环次数增加,试样应变硬化现象逐渐增强且增长趋势变缓,动弹性模量表现出先增加、后减小、再增加最终趋于稳定的变化规律,阻尼比则先缓慢上升随后急剧下降,并从细观尺度对其劣化现象进行解释。分析试验结束后发生明显劣化的道砟形态可以看出,主要劣化形式为尖角折断,发生尖角折断的道砟会导致其棱角性减弱,试验后道砟形状更接近球形;相对于立方状道砟,片状和针状道砟更易发生劣化;道砟粒径越大,越容易发生劣化。相比于洛杉矶磨耗试验,动三轴试验由于更贴近道砟实际受力条件而更能揭示道砟劣化进程。

道砟抗破碎性能变化规律的冲击试验研究

道砟铺设于轨枕之下用于传递列车荷载,其抗破碎性能对于铁路的安全运营具有重要的影响。道砟在实际服役过程中会产生劣化,且雨水会显著改变其含水状态,该含水状态又会反作用于道砟,影响道砟的抗破碎性能。为研究劣化及劣化后饱和含水状态对道砟抗破碎性能影响规律,本文采用洛杉矶磨耗产生不同劣化程度的道砟,运用综合图像分析量化道砟劣化的颗粒形态特征变化,测量不同劣化程度道砟集料的饱和含水率,进而开展一系列不同劣化程度以及干燥、饱和两种含水状态道砟的落锤冲击荷载试验;分析劣化道砟集料颗粒破碎规律和永久变形特性,定义适用于劣化道砟集料的抗破碎性能指标,量化分析劣化道砟抗破碎性能变化规律。研究结果表明:随着劣化程度的增加,道砟颗粒形状系数和圆度增大,表面质地系数减小,形态逐渐圆润;细粒含量显著上升,级配更加均匀。在重复冲击荷载作用下,道砟集料的最大竖向变形呈现先减小后增大再减小的变化规律;相较于干燥道砟集料,饱和道砟集料竖向变形更大而破碎更少;干燥和饱和状态道砟的抗破碎性能指标分别从12.81和9.54下降至4.44和3.92,下降速度呈现先快后慢的规律,说明道砟劣化和含水状态对于道砟的抗破碎性能影响是显著且不能忽视的,应在铁路运维过程中密切关注。

既有线有砟道床注浆加固技术研究进展

随着列车速度和轴重的不断提高,既有线路道床劣化现象严重,其成为影响铁路运输安全的重要因素。针对道床劣化机理及危害,对比不同加固方法,着重围绕有砟道床注浆加固技术,深入了解国内外道床注浆技术的研究进展,详细介绍了日本、韩国和伊朗等国家在注浆道床性能测试方面的主要工作。并从有砟道床的成分和组成、注浆作用机理、注浆力学特性等方面,探究了有砟道床加固技术的发展方向。