气候变暖条件下青藏铁路新型路基结构温度场特征非线性分析

由于铁路道碴层和碎块石铺层可以看成是多孔介质,根据多孔介质流体动力学理论,针对青藏铁路的气温和地质条件对路堤高度均为5.0m的传统道碴路基和两种新型路基结构(水平抛石路基和U形抛石路基)的温度场在全球气温变化的背景下进行了分析和比较。结果表明:在年平均气温为-4.0℃,未来50年气温上升2.6℃的情况下,传统道碴路基将会引起其下伏多年冻土的严重退化;水平抛石路基能够抵消气候变暖和铁路修建所带来的负面影响,但其下部冻土温度仍处于较高状态;而U形抛石路基则可以有效降低其下部土体的温度,确保路基的稳定。因此,在全球变暖的大趋势下,推荐该种U形抛石路基作为青藏铁路高温冻土区的路基结构,以便采用优化路基结构最大限度地利用“天然冷源”来确保冻土区的铁路安全。

橡胶颗粒-砂混合物新型路基填料动力参数特性的试验研究

为研究橡胶颗粒与砂土混合物这种新型路基填料在循环列车荷载作用下的动力参数特性,进行室内固结不排水动三轴试验,分析了橡胶颗粒含量、围压以及加载频率等因素对橡胶颗粒-砂混合物动剪切模量、阻尼比等特性的影响,研究结果表明:应变一定时,混合物的动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小,随着围压的增大而增大,随着加载频率的增加而轻微减小;基于Hardin-Drnevich双曲线模型对动剪切模量试验结果进行拟合,得出最大动剪切模量,发现最大动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小;混合物的阻尼比随着橡胶颗粒含量的增大而增大,随着围压的增大而减小,加载频率对阻尼比的影响较小;基于试验结果,建立了橡胶颗粒-砂混合物阻尼比与动剪应变的关系式。最后,基于柔性橡胶颗粒与刚性砂土颗粒的微观接触特性,分析了橡胶颗粒对混合物动剪切模量以及阻尼比的影响机理。综合研究结果得出:橡胶颗粒含量不宜超过20%,此时橡胶颗粒-砂混合物作为新型路基填料的动剪切模量可以满足要求,阻尼比较大,具有良好的减震耗能效果。

基于橡胶颗粒−砂混合物新型路基填料液化特性

为研究橡胶颗粒−砂混合物这种新型路基填料的液化特性,进行室内固结不排水动三轴试验,分析橡胶颗粒体积分数、围压、循环应力比以及加载频率等因素对橡胶颗粒−砂混合物动孔隙水压力特性以及抗液化能力的影响。基于柔性橡胶颗粒与刚性砂颗粒受力特性,分析橡胶颗粒提高饱和砂土抗液化强度的作用机理。研究结果表明:橡胶颗粒−砂混合物的动孔隙水压力发展曲线可以分为3个阶段,即快速增长阶段(初期动孔隙水压力呈不规则增长趋势,后期呈正弦波形式快速增长趋势)、呈正弦波形式缓慢增长阶段以及稳定阶段。加入橡胶颗粒显著提高饱和砂土的抗液化强度,并且随着橡胶颗粒体积分数增大,混合物的抗液化强度提高得更加明显;柔性橡胶颗粒在外荷载作用下能够产生较大的压缩变形而承担一部分外荷载,减小孔隙变形程度,在一定程度上抑制动孔隙水压力的产生和累积,进而提高混合物的抗液化强度;较大围压、较小循环应力比以及较小加载频率都有益于提高橡胶颗粒−砂混合物抗液化强度;橡胶颗粒−砂混合物的归一化动孔隙水压力与振次比的关系曲线符合A型动孔隙水压力曲线模型;本文所用材料的最优橡胶颗粒体积分数在10%左右,此时混合物的静力学强度不低于纯净砂土的静力学强度,并且加入橡胶颗粒可以有效提高饱和砂土的抗液化能力,改善其动力特性。

盐渍土道路新型路基结构试验与结果分析——以阿克苏市道路为例

为解决盐渍土铺设路基造成的破坏,以阿克苏市道路为例进行研究。由于阿克苏地区分布着大面积的硫酸盐、氯盐盐渍土,使得沥青混凝土道路受路基盐渍土的影响,每年路基土反复冻融导致道路发生盐胀,冻胀变形破坏程度相当大。通过研究新型路基,提出路基内设置改性隔断层,创新具有隔断与疏导功能的新型盐渍土路基结构,以解决这一问题。路基模型试验隔断层采用正V和倒V两种形式,坡度初步设为10°、15°、20°。试验结果表明:坡度相同时,倒V型隔断层路基模型比正V型路基模型排水排盐效果好,此时设置的路基隔断层坡度15°为最佳效果。

跨座式单轨新型路基结构动力响应特性研究

跨座式单轨交通自21世纪初引进我国以来发展迅猛,对改善城市交通现状的发展潜力不容忽视。现有的研究主要着重于动力学和轨道结构设计优化等方面,鲜有对其下部结构的研究。从挖方段、桥隧过渡段、车场等特殊路段出发,结合目前主流的高速铁路和下埋式轻轨交通的路基结构,提出符合这些特殊路段的跨座式单轨新型路基结构形式,并利用ADINA有限元数值模拟软件建立有限元模型,设计了考虑6个主要影响因素的正交试验,对跨座式单轨新型路基结构力学特性的影响因素进行了敏感性分析,依据轨道梁竖向位移、基床表层竖向位移、基床表层有效应力和地基有效应力4个评价指标获取了跨座式单轨新型路基结构设计的最优方案。结果表明:6个影响因素对跨座式单轨新型路基结构优化设计表现出不同的敏感性,其中地基弹性模量对新型路基结构优化设计最为敏感,基床厚度、轨道板等也在不同的评价指标下对新型路基结构优化设计的影响程度排名靠前;该新型路基结构的最优设计方案为:基床厚度为1.4 m,基床表层弹性模量为140 MPa,基床底层弹性模量为90 MPa,轨道板为C55,支承层为C15。

新型预应力路基坡面法向附加应力扩散规律分析

以新型预应力路基为研究对象,基于弹性理论推导预应力加固结构(侧压板和预应力筋)作用下路堤内沿坡面法向的附加应力扩散系数计算公式,并获得侧压板正下方及其2个外延方向的预应力扩散规律。研究表明:(1)理论公式适用的边界条件为侧压板(边长为0.9 m)离路肩距离不小于1倍板宽;(2)法向分解力产生的扩散作用显著大于切向分解力;(3)由于切向荷载作用,侧压板正下方土体的总扩散应力随深度由'腹鼓形'差异分布逐渐过渡呈'腹平状'较均匀分布;(4)各深度平面上最大扩散系数位置随深度发展在作用区中轴线上不断变动;(5)不同区域的扩散效果为板体正下方>上边界外侧>左右边界外侧>下边界外侧,板体两外延方向的平均有效扩散深度达1.6 m。基于ABAQUS有限元软件建立三维精细化路堤模型对理论解进行验证,发现二者结果(包括路肩处)吻合良好,论证了扩散系数理论公式的正确性及适用条件。最后,基于多块侧压板作用下附加应力的分布情况,探寻侧压板的合理布置间距,保障路堤内一定深度处形成一道连续、有效且较为均匀的预压区,改善路堤土的受力状态,并对路堤边坡提供侧向强制约束,利于路基长期稳定。

多年冻土区高等级公路新型调控路基技术研究

为解决多年冻土地区高等级公路路基稳定性问题,提高路基抵抗因热干扰产生病害的能力,保持冻土路基在设计年限内的热稳定,在对青藏公路已有调控措施应用效果进行分析的基础上,结合多年从事冻土路基科研、设计和施工的经验,提出了青藏高原多年冻土区高等级公路路基选型原则,创新集成了一系列新型调控路基方案,并对其结构型式进行了探讨,给出了分离式路基消除两幅路基相互热干扰的工程措施,修筑了部分实体试验工程。研究表明:单一调控工程措施在实际应用中存在的不足,可以通过结构调整、措施组合等进行优化;窄幅路基条件下适用的调控措施,在高等级公路条件下不能简单套用,要结合高等级公路的特点进行调整设计;对路基体进行水、热综合调控的工程措施是后续研究的重点。该系列新型调控路基工程措施可以为青藏高速等高等级公路建设提供借鉴和支撑。

通风路基主要影响因素及应对措施研究

结合实测资料,通过模拟计算从传热角度就通风路基降温效能的主要影响因素进行分析。研究发现,在管道通风路基中,管间土体存在较强的热流向下传热,通风管间距是影响降温效能的重要因素之一。在公路沥青路面条件下,由于路面的强烈吸热作用,通风路基的降温效能被极大削弱,环境升温和设计不当都可能造成工程措施的失效。针对这一问题,提出宽幅通风新型工程措施。模拟计算结果表明,该种新型路基具有高效、快速的降温效能。在沥青路面条件下,该种措施实施3 a后,-3 m深度的地温就已低于原天然地表下的温度,冻土人为上限在快速达到路堤底部约-0.5 m深度后,完全维持稳定。该种措施还成功解决路基地温场的非对称性难题,进一步增强路基的长期稳定。这些结果对我国多年冻土区高等级公路的建设和关键工程问题的解决具有重要意义。

冻土区块石夹层路基防冻胀翻浆效果试验研究

基于对冻土区路基冻胀翻浆病害机制的分析,提出了一种综合利用透水土工布、块碎石层和防水土工布的新型防道路冻胀翻浆的路基结构,并通过室内模型试验研究其防冻胀翻浆效果。结果表明:与普通路基相比,不论环境温度最高还是最低时,新型综合防冻胀翻浆路基不但能有效地降低路基内的温度,具有良好的降温效果;而且能大幅度地减小路基内的含水率,并且含水率减小率随着气温周期循环的增加呈线性增大的趋势,这对防止冻胀翻浆病害的发生是有利的;此外,新型综合防冻胀翻浆路基结构有成本低、易于施工等特点,极具工程应用前景。

云母片岩风化土路基填料湿化变形研究

为解决云母片岩强风化土路基填料难以压实和浸水湿化变形问题,通过现场试验,优化云母片岩强风化土路基填筑结构,采用灰色理论模型对新型路基工后沉降进行预测,并通过三轴湿化试验,分析风化土路基填料的湿化变形特性。结果表明:提出的“三夹二开山石渣”新型路基结构能够达到路基填筑要求,且路基长期变形预测满足高速公路沉降控制要求;随着初始有效围压的增大,风化路基土的强度及变形指标均呈递增趋势,而增大干密度能有效削弱外界水对风化土的劣化作用;建立的风化土路基填料湿化变形规律经验公式,与试验结果吻合较好。

合武铁路中空式路肩挡土墙设计探讨

研究目的:随着城际铁路、高速客运专线的建设,既有枢纽引入客运专线工程对城市用地及居民的生活影响较大,不仅拆迁费用成倍增加,而且拆迁难度大、时间长,严重影响工程建设。合(肥)武(汉)铁路引入武汉枢纽地段并行增建工程中,增建一侧为高层建筑群,扩建征地困难。为此,设计采用C35钢筋混凝土框架直立中空式刚性路肩挡土墙。研究结论:该结构集挡土墙、涵洞、桥梁结构设计于一身,刚性框架结构与人行道悬臂板组成的墙顶面满足了站后专业附属设施的布设,既体现了路基设计工程措施的创新、合理性,又确保了既有线行车和既有建筑物安全。经运营后充分体现该结构占地小,基础底面较宽,自身稳定性强,水平抗力大,抗滑、抗倾效果好,更起到路基边坡支挡与收坡的双重作用,在今后同类型铁路路基工程的设计与施工中具有重要的借鉴、参考作用。