橡胶颗粒改良流态粉煤灰路基隔振性能研究

为解决铁路列车运行引发的路基与地基振害问题,基于阻尼耗能原理设计一种新型橡胶颗粒改良流态粉煤灰(FAR)路基。通过室内配合比试验,制备满足工程路用性能要求的FAR路基材料;采用瞬态激振方法测试FAR路基材料的阻尼比,分析橡胶颗粒掺量对FAR路基材料阻尼特性的影响规律,揭示FAR路基的阻尼耗能机理;采用COMSOL有限元软件建立轨道-路基-地基三维耦合数值模型,对比研究普通路基与橡胶颗粒掺量为5%、10%和15%的FAR路基动应力和振动加速度的传播规律,分析验证FAR路基的隔振性能。研究结果表明:橡胶颗粒的掺入降低了FAR路基材料的强度和干密度,掺量不超过固体混合料质量的15%时,路基基本物理力学性能可满足铁路工程应用要求。橡胶颗粒的黏弹特性使FAR路基内部动应力发生损耗或衰减,路基阻尼比随橡胶颗粒掺量增加而增大,且橡胶颗粒掺量相同时,橡胶颗粒粒径越小FAR路基的阻尼比越大,推荐采用150目橡胶颗粒。相比普通路基,FAR路基基床底层、路基土体和地基土体的动应力均有减小,衰减幅值为10%~30%,可有效避免路基动弹变形、地基振陷等灾害发生;FAR路基振动主频范围内地面振动加速度级减小2~6 dB,最高达到83 dB,验证了新型FAR路基的良好隔振性能。研究结果可为铁路FAR路基的隔振设计与铁路路基的安全运营提供参考。