地震荷载和列车荷载共同作用下弹性均质路基的动力响应

为了研究地震发生时列车移动荷载引起的弹性均质路基的振动响应规律,采用ABAQUS软件并与FORTRAN相结合建立轨道结构-路基-地基三维数值计算模型,通过编制DLOAD子程序模拟列车移动荷载,在模型底部输入地震加速度模拟地震荷载,采用三维黏弹性人工边界模拟波从有限域向无限域传播,忽略轮轨接触及轨道不平顺的影响,通过对比分析的方法,总结地震荷载和列车移动荷载共同作用下路基在不同列车速度及轴重条件下的应力、位移和加速度的振动特征。研究结果表明:地震荷载对路基的位移振幅起主导作用,列车移动荷载对路基的应力和加速度起主导作用;路基各结构层的位移随列车轴重的增加而减小,随车速增加表现为先减小后增大;路基各结构层加速度随着列车轴重的增加而增加,随车速增加表现为先减小后增大又减小的趋势;推测车速70 m/s为列车影响的临界速度。

不同预测方法的路基弹性模量的对比研究

路基弹性模量是道路设计的主要技术指标之一,快速准确评价其数值对道路性能具有重要的意义。利用BP神经网络方法预测路基弹性模量,在此基础上,对路基干湿状态及AASHTO等不同方法也进行了研究,得到了相应的路基弹性模量预测结果。研究内容包括:路基弹性模量数据调查及影响因素分析,不同预测方法的路基弹性模量预测,预测结果与实测结果的对比分析。通过对不同预测结果的对比分析,论证了BP神经网络方法的科学合理性,探讨一种更合理的快速准确预测不同季节路基弹性模量的方法。研究认为,BP神经网络方法可以比较准确地预测不同季节的路基弹性模量,预测结果与实测结果的误差在合理范围内,与其他方法相比,具有一定的优势。研究成果可以取得一定的经济效益与社会效益。

路面路基刚度评估现场装置比较

路基表面是在其上建造路面结构的路基的顶面,其为路面的施工提供一个平台并支撑路面。同时,路基能够避免不必要的偏斜引起的路面质量的降低。为了保证路基路面拥有稳定的承载力,必须在施工过程中根据设计结果对路基承载力进行质量控制。动态原位落锤式弯沉仪试验应用广泛,能够很好地确定路基质量,被认为是确定路面承载力和弹性模量最可靠、合适的方法。此外,轻型落锤弯沉仪能够在施工区域内方便地搬运移动并且可以动态施加载荷,这些都为路基质量的确定提供了便利。本文对比了不同原位试验结果之间的相关性,将落锤式弯沉仪及动态圆锥贯入仪的试验结果进行了比较。结果表明,不同现场设备测量的结果之间具有良好的相关性,可以用这些方法确定路基弹性模量。

不同边界条件下道砟沉降及受力状态的离散元模拟研究

为研究边界条件对循环荷载作用下道砟的力学特性的影响,采用三维扫描技术生成真实形状的道砟颗粒,通过离散元方法模拟单轨枕道砟箱试验。引入侧向周期边界与底部文克勒弹性路基边界以更好地模拟道床的真实受力状态,并与刚性边界道砟箱模拟结果进行对比,探讨侧、竖向边界条件对道床沉降的影响。此外,从细观上分析各边界条件及组合下的道床受力状态,对比周期边界与刚性边界下侧边区域颗粒运动的趋势。研究结果表明:相较于刚性墙边界,周期边界与文克勒弹性路基边界下的道砟沉降量增大、道床弹性模量减小。不同于刚性边界的位移约束,周期边界侧边区域颗粒的位移增大,运动方向更分散,局部孔隙率减小,颗粒平均接触数增大,且平均侧向接触力减少了约41%,表明侧向周期边界处道砟颗粒存在咬合作用且运动方向不受限。在刚性墙模型中引入底部文克勒路基边界后,平均侧向接触力增加了19%,但分布范围没有发生明显变化。针对单轨枕试验的边界条件,考虑侧、竖向边界条件可以更好地模拟道砟的真实受力状态。

Analysis of ground vibrations induced by high-speed train moving on pile-supported subgrade using three-dimensional FEM

The pile-supported subgrade has been widely used in high-speed railway construction in China.To investigate the ground vibrations of such composite foundation subjected to moving loads induced by high-speed trains(HSTs),three-dimensional(3D)finite element method(FEM)models involving the pile,pile cap and cushion are established.Validation of the proposed model is conducted through comparison of model predictions with the field measurements.On this basis,ground vibrations generated by HSTs under different train speeds as well as the ground vibration attenuation with the distance away from the track centerline are investigated.In addition,the effects of piles and pile elastic modulus on ground vibrations are well studied.Results show that the pile-reinforcement of the subgrade could significantly contribute to the reduction of ground vibrations.In particular,the increase of elastic modulus of pile could lead to consistent reduction of ground vibrations.However,when the pile elastic modulus is beyond 10 GPa,this benefit of pile-reinforcement on vibration isolation can hardly be increased further.

Resilient Modulus of Hydraulically Bound Road Base Materials with High Volume Waste Dust

The paper presents laboratory test results on hydraulically bound road base materials containing high volume of steel slag and blast furnace slag waste dusts compared with control mixtures. These mixtures contain higher levels of （4mm-0.0 mm） dust, than would be the case in standard un bound road base mixtures. The combined influence of the steel slag and granulated blast furnace slag wastes content is to enhance the stiffness of the road base materials and save materials and cost during road construction. Triaxial repeated load tests were performed on the unbound and lightly bound materials to measure their resilient modulus. The test results show important improvements in the bond strength between the contents of road base materials. This offers the prospect of using these materials in road base materials to reduce the use of primary aggregates and thus minimize the cost of roads and highways construction.

路基弹性模量野外试验获取的3种方法对比分析

为了获取施工现场路基弹性模量数据,依托广东省某高速公路路基工程,开展了承载板法、贝克曼梁法(BB法)和落锤式弯沉仪法(FWD法)路基弹性模量试验研究。在明晰了各种方法获取路基弹性模量理论基础的前提下,于试验区域开展了3种方法的试验研究及贝克曼梁法和落锤式弯沉仪法的比对试验。基于试验结果,提出了3种试验方法在现场试验时应遵循的技术要点;同时,提出路基验收时需同时控制路基表面弯沉和路基弹性模量两个指标。研究结果显示,3种方法均是基于弹性半空间理论,但存在一定差异。承载板法是通过刚性承载板直接于路基现场获得回弹模量的方法,BB法是通过获得双圆荷载中心处弯沉后经反算获得路基模量的方法,FWD法是通过获得柔性承载板中心弯沉后反算路基弹性模量的方法。与承载板法和BB法比较可知,FWD法的自动化程度和效率较高,受人为和环境因素影响较小,因此,推荐使用该方法进行路基表面弯沉验收和弹性模量的反算。

非匀速移动载荷刚性路面动力分析

研究了变速交通荷载下的刚性路面动力。首先,刚性路面被认为是一个矩形的Pasternak地基的弹性支承阻尼正交各向异性板,这种假设,特别是对刚性的路面接头,其中一个可能会发现旋转和垂直剪切变形是十分适用的,矩形板块的边界具有提供垂直支撑和弹性转动约束的支承钢销和拉杆。其次,依据经典薄板理论,给出了平板的横向挠度满足的偏微分方程。由该微分方程,系统的自然频率和模式形状可以用两个超越方程求解。以一个谐变振幅集中载荷表示移动交通荷载,载荷沿路面具有可变的速度。路面的动态响应可以从正交性质的特征方程获得,冲击挠度的解析形式由特征方程的正交特性得到。数值算例结果表明,负载的速度和角频率影响刚性路面最大动态挠度,如果移动交通负载以临界速度行驶,路面的振幅将趋于无穷大,从而导致道路被破坏。用本文方法,通过使用叠加原理,也可以应用于多车道连续负载下的路面动力可靠性分析。