機(jī)車荷載作用下青藏鐵路多年凍土區(qū)典型結(jié)構(gòu)路基穩(wěn)定性研究.pdf

1、青藏鐵路格(爾木)——拉(薩)段全長(zhǎng)1142km,其中穿越連續(xù)多年凍土區(qū)546.41km(其間融區(qū)總長(zhǎng)為101.68km),位于多年凍土區(qū)的路基占多年凍土區(qū)總長(zhǎng)的72.3％。自2006年7月1日青藏鐵路正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái),因其穿越大面積連續(xù)多年凍土區(qū),鐵路的長(zhǎng)期運(yùn)行安全性備受關(guān)注。多年凍土區(qū)鐵路路基及其下部?jī)鐾恋臒釥顩r是路基穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。
　　 為了減小工程擾動(dòng)的影響,有效保護(hù)多年凍土,青藏鐵路在修建時(shí),針對(duì)多年凍土區(qū)路基采用

2、了主動(dòng)保護(hù)多年凍土的工程措施。在北麓河試驗(yàn)段,采取了一系列青藏鐵路典型的路基結(jié)構(gòu)形式,其中包括,塊(碎)石路基、通風(fēng)管路基、保溫材料、熱棒、塊(碎)石護(hù)坡、邊坡防護(hù)工程、合理路基高度、遮陽(yáng)板護(hù)坡、拼裝式涵洞基礎(chǔ)等等,以上不同的路基結(jié)果形式均取得了很好的試驗(yàn)和運(yùn)營(yíng)效果。但是,多年凍土區(qū)部分地段的路基工程從施工完成到運(yùn)營(yíng)均有一些病害產(chǎn)生,影響了行車速度,也給運(yùn)營(yíng)安全帶來(lái)了潛在的威脅。因此,開(kāi)展運(yùn)營(yíng)后多年凍土區(qū)典型結(jié)構(gòu)路基工程狀態(tài)的研究、評(píng)價(jià)

3、其安全穩(wěn)定性,是保證青藏鐵路多年凍土區(qū)路基工程長(zhǎng)期、安全、可靠運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。
　　 本文采用相關(guān)資料收集分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)震動(dòng)測(cè)試、理論分析和計(jì)算等方法,分析了多年凍土區(qū)不同鐵路結(jié)構(gòu)路基在機(jī)車通過(guò)實(shí)時(shí)加速度和速度變化以及機(jī)車的振動(dòng)頻率特性,得到不同季節(jié)、不同斷面的振動(dòng)加速度衰減規(guī)律,研究了列車振動(dòng)荷載作用下不同路基斷面動(dòng)力響應(yīng)特征。在此基礎(chǔ)上運(yùn)用二維等價(jià)線性響應(yīng)時(shí)程動(dòng)分析法對(duì)典型結(jié)構(gòu)路基進(jìn)行了動(dòng)力響應(yīng)的數(shù)值計(jì)算;并在以往三軸流

4、變實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)青藏鐵路多年凍土區(qū)的普通素土路基在等效機(jī)車荷載作用下的蠕變效應(yīng)進(jìn)行了分析。論文的主要結(jié)論和創(chuàng)新性成果如下:
　　 (1)多年凍土區(qū)機(jī)車通過(guò)時(shí),無(wú)任何處理措施的素土路基表層振動(dòng)響應(yīng)強(qiáng)烈,不利于維持多年凍土區(qū)路基結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定性。
　　 (2)機(jī)車載荷通過(guò)路基的傳遞,與路基相同的成分顯示出振動(dòng)卓越性,與路基結(jié)構(gòu)差異較大的成分被吸收。碎石路基、塊石路基、普通路基結(jié)構(gòu)的固有頻率為30～40Hz,通風(fēng)管路基的固有

5、頻率為40～50Hz。
　　 (3)機(jī)動(dòng)車荷載傳遞的衰減效應(yīng)暖季大于寒季。寒季路肩上部土體凍結(jié),結(jié)構(gòu)剛度大,傳遞速度快,衰減效應(yīng)小。素土路基的振動(dòng)衰減要略大于塊石路基。
　　 (4)素土路基與塊石路基的最大沉降量均發(fā)生在路基上部土體處,最大位移分別為0.018及0.020mm;然而,對(duì)于振動(dòng)沉降量的控制,塊石路基的效果優(yōu)于素土路基。
　　 (5)ABAQUS軟件中時(shí)間硬化與蠕變模型能較好地模擬路基運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的蠕變

6、效應(yīng)。數(shù)值模擬表明,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),素土路基中各點(diǎn)的位移和蠕變應(yīng)變不斷增大,并最終趨于穩(wěn)定。路基的豎向位移由路基頂部中心位置向路基內(nèi)部和兩側(cè)逐漸減小,豎向變形最大值位于頂部中心,其最大位移達(dá)到14mm,與路基斷面的年沉降變形觀測(cè)值一致。
　　 (6)素土路基中心的蠕變應(yīng)變值大于路基頂面和天然地表的應(yīng)變值,路基道砟下部的蠕變應(yīng)變值最大,原天然地表位置處的應(yīng)變值最小。路基中心受機(jī)車荷載影響最大。邊坡的應(yīng)變較同一高度的路基中心處的應(yīng)變