深季節(jié)凍土地區(qū)列車行駛振動(dòng)模擬與路基振動(dòng)反應(yīng)分析.pdf

1、深季節(jié)凍土區(qū)列車行駛振動(dòng)荷載和路基振動(dòng)反應(yīng)的研究工作在國(guó)內(nèi)外均開(kāi)展不多。我國(guó)為世界第三凍土大國(guó)，其中季節(jié)凍土分布面積達(dá)5.14×106m2，而對(duì)工程有重要影響凍深超過(guò)0.5m的季節(jié)凍土面積4.46×106km2、凍深超過(guò)1.5m的深季節(jié)凍土面積3.67×106km2，加之因氣候變暖引起2.15×106km2多年凍土退融而使深季節(jié)凍土區(qū)繼續(xù)擴(kuò)大，東北即屬于典型深季節(jié)凍土大面積分布地區(qū)。在這些地區(qū)廣泛分布著各種鐵路干線和鐵路支線，在未來(lái)這些

2、地區(qū)還將不斷的推進(jìn)高速鐵路和重載鐵路的建設(shè)。然而，在已有的鐵路線路上，由于季節(jié)凍融作用而引起的鐵路路基病害頻發(fā)，且呈現(xiàn)出難以治理的局面。究其原因，現(xiàn)有研究對(duì)與列車荷載作用下季節(jié)性凍土路基振動(dòng)反應(yīng)機(jī)理和規(guī)律的還不能滿足現(xiàn)有工程的需要。特別是對(duì)于高速列車和重載列車路基，這個(gè)問(wèn)題將更加嚴(yán)重。鑒于此，本文以凍害頻發(fā)的京哈鐵路哈爾濱至王崗段為工程背景，通過(guò)數(shù)值模擬的方法，研究了影響列車行駛振動(dòng)荷載和路基的振動(dòng)反應(yīng)規(guī)律，具體的研究?jī)?nèi)容、研究方法和相

3、應(yīng)的成果如下：
　　1.通過(guò)正常期現(xiàn)場(chǎng)剪切波速試驗(yàn)，獲得了京—哈鐵路K1229+135處路基以及地基的土層結(jié)構(gòu)，由此獲得了各個(gè)土層的基本動(dòng)力學(xué)參數(shù)。并通過(guò)分析，了解到現(xiàn)有路基的結(jié)構(gòu)所存在的問(wèn)題。并為建立數(shù)值模型進(jìn)行分析做好基礎(chǔ)工作。
　　2.基于列車—軌道垂向耦合動(dòng)力學(xué)模型[68]，發(fā)展了考慮路基土層參振效應(yīng)的列車—軌道—路基垂向耦合動(dòng)力學(xué)模型?？紤]到季節(jié)性凍土地區(qū)土層分布的特殊性，將參振土層分為兩層，通過(guò)調(diào)整土層參數(shù)來(lái)代表

4、凍結(jié)層或融化層。通過(guò)對(duì)動(dòng)力仿真程序ZL-TNTLM的升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了列車—軌道—路基垂向耦合動(dòng)力學(xué)模型的程序化。并通過(guò)京哈鐵路現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果與程序仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了該計(jì)算程序的正確性。
　　3.利用升級(jí)后的動(dòng)力仿真程序ZL-TNTLM進(jìn)行了不同工況下列車行駛振動(dòng)荷載的模擬，分析了不同行駛速度、不同車型、不同軸重、路基不同的凍融狀態(tài)對(duì)列車行駛振動(dòng)荷載的影響規(guī)律，初步討論了路基由于沿線路方向的不均勻凍脹或融沉引起的路基剛度不平順

5、對(duì)軌道振動(dòng)反應(yīng)的影響。發(fā)現(xiàn)行車速度、列車車型和列車軸重對(duì)列車行駛振動(dòng)荷載均有較大影響，但是路基凍融狀態(tài)的影響不大。路基剛度不平順影響較大，但未能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的模擬。
　　4.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)剪切波速試驗(yàn)所得到的京—哈鐵路K1229+135的路基土層結(jié)構(gòu)，建立有限元模型，利用有限元程序ZL-RNTLM進(jìn)行了計(jì)算分析，研究了路基病害較為嚴(yán)重的春融期列車行駛振動(dòng)荷載作用下動(dòng)壓應(yīng)力、動(dòng)靜應(yīng)力比的分布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)路基土體動(dòng)壓應(yīng)力與列車振動(dòng)荷載具有相關(guān)性。

6、動(dòng)壓應(yīng)力與動(dòng)靜應(yīng)力比沿著路基深度總體上均呈減小規(guī)律。
　　5.利用有限元程序ZL-RNTLM分別進(jìn)行了不同行車速度、不同列車車型、不同列車軸重、不同的路基凍融狀態(tài)、不同路堤高度、不同路塹深度、不同凍土層厚度和不同融土層厚度各種工況條件下的數(shù)值計(jì)算分析，研究了上述各種影響因素對(duì)路基振動(dòng)反應(yīng)的影響規(guī)律。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，行車速度、列車車型、列車軸重、路基凍融狀態(tài)、凍土和融土層厚度對(duì)動(dòng)壓應(yīng)力和動(dòng)靜應(yīng)力比的分布均具有較明顯的影響，但是路堤高度