深季節(jié)凍土區(qū)列車荷載下路基振動(dòng)響應(yīng)特性與永久變形研究.pdf

1、我國現(xiàn)有三分之二以上干線鐵路交通位于季節(jié)凍土區(qū)，受季節(jié)凍土區(qū)鐵路路基凍融狀態(tài)的影響，季節(jié)凍土區(qū)列車行駛引起路基振動(dòng)響應(yīng)特性較復(fù)雜。實(shí)踐與研究結(jié)果表明，在季節(jié)凍土區(qū)，當(dāng)凍結(jié)深度達(dá)到0.5 m時(shí)便對(duì)工程有重要影響，而凍結(jié)深度達(dá)到1.0 m則對(duì)工程有嚴(yán)重影響。鑒于此，本文以我國東北典型深季節(jié)凍土區(qū)鐵路路基凍融病害防治為應(yīng)用背景，對(duì)列車荷載作用下凍融土的動(dòng)力性能與主要影響因素、列車行駛引起季節(jié)性凍脹路基振動(dòng)響應(yīng)特性與主要影響因素、列車行駛長期反

2、復(fù)振動(dòng)下季節(jié)性凍脹路基變形特點(diǎn)與主要影響因素等關(guān)鍵問題進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究，主要研究內(nèi)容與取得的成果如下。
　　(1)為研究深季節(jié)凍土區(qū)鐵路路基在不同凍結(jié)時(shí)期振動(dòng)特性，進(jìn)行了深季節(jié)凍土區(qū)鐵路路基完整凍融循環(huán)（凍結(jié)期，春融期，正常期）的列車行駛路基振動(dòng)響應(yīng)現(xiàn)場監(jiān)測，揭示了不同季節(jié)與凍融狀態(tài)下路基振動(dòng)響應(yīng)特性、振動(dòng)衰減規(guī)律，并據(jù)此研究了列車類型、載重、行駛速度、凍融狀態(tài)、振動(dòng)方向等因素對(duì)路基振動(dòng)幅頻特性的影響。
　　(2)采用室內(nèi)低

3、溫動(dòng)三軸試驗(yàn)方法，針對(duì)不同負(fù)溫、加載頻率、反復(fù)凍融條件設(shè)計(jì)室內(nèi)試驗(yàn)工況，深入系統(tǒng)研究了典型深季節(jié)凍土區(qū)鐵路路路基凍結(jié)粉質(zhì)粘土的動(dòng)力本構(gòu)關(guān)系、動(dòng)剪切模量、阻尼比及其主要影響因素。研究表明，凍土、融土動(dòng)應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系受溫度、凍融循環(huán)次數(shù)與加載頻率等因素影響，動(dòng)剪切模量倒數(shù)與動(dòng)應(yīng)變之間具有明顯的線性關(guān)系，表明此路基粉質(zhì)粘土動(dòng)應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系附合雙曲線模型。
　　(3)通過Python語言編寫程序，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用ABAQUS軟件參數(shù)化建立包括軌

4、枕－道床－路基－場地的鐵路路基三維無限元邊界計(jì)算模型?；诘湫图竟?jié)凍土區(qū)鐵路路基，建立考慮相變的三維路基溫度場計(jì)算模型。根據(jù)大慶地區(qū)地表溫度統(tǒng)計(jì)值，且考慮到地溫升高趨勢，預(yù)測哈爾濱－滿洲里鐵路路基建立至今溫度場時(shí)空分布。采用課題組自編程序計(jì)算得到的列車動(dòng)荷載作為軌枕作用力輸入，將數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)態(tài)溫度場結(jié)果作為初始條件加到路基計(jì)算模型中，實(shí)現(xiàn)溫度場與應(yīng)力場的耦合，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
　　(4)應(yīng)用季節(jié)凍土區(qū)鐵路路基三維有限元模型，

5、分析不同凍結(jié)期列車行駛引起鐵路路基內(nèi)部及周圍環(huán)境的振動(dòng)響應(yīng)特性。對(duì)列車荷載作用下，路基的動(dòng)應(yīng)力、加速度幅頻特性及幅值衰減規(guī)律等進(jìn)行了深入研究。通過設(shè)定不同工況，分析列車類型、行駛速度、列車編組和軌道不平順譜等對(duì)路基動(dòng)力響應(yīng)特性的影響。
　　(5)基于凍土融土的靜三軸固結(jié)不排水壓縮試驗(yàn)和動(dòng)三軸永久應(yīng)變?cè)囼?yàn)，建立了高寒深季節(jié)凍土區(qū)長期列車荷載下路基永久變形預(yù)測模型，并結(jié)合路基振動(dòng)響應(yīng)的三維動(dòng)力有限元數(shù)值模擬分析，研究了不同季節(jié)與凍融狀