重载铁路路基土动力湿化特性研究

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1、密级：公开工学硕士学位论文重载铁路路基土动力湿化特性研究AStudyonDynamicWettingCharacteristicsofHeavyLoadRailwaySubgradeSoil培养单位：土木工程学院专业：岩土工程研究生：韩博文指导教师：冯怀平副教授二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意

2、。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要为了提高铁路的货物运输能力我国大力开展重载铁路的扩能改造建设。经过现场调研发现在一些重载既有线铁路中，由于自然降雨和列车动载的耦合作用会引起诸多与水有关的路基病害例如翻浆冒泥、路

3、基垮塌、路基不均匀沉降等，这些问题严重阻碍了我国铁路扩能改造建设的发展。因此研究重载铁路路基土在浸水与循环荷载耦合作用下的动力湿化特性对于分析病害机理，有效预测路基变形有着重要意义。本文研究是在国家自然科学基金“既有线开行大轴重列车路基动力湿化变形机理及适应性研究”的资助下进行的，利用GDS动三轴仪结合自行研制的常水头马氏瓶进行了浸水作用下的动力湿化试验研究，动三轴仪施加循环荷载，马氏瓶实时补水，以模拟路基在降雨与列车动载的耦合作用下的实际状态。考虑到实际路基会经历复杂浸水过程，又研究了浸水过程对路基土动力湿化特性的影响。为了有效预测路基在浸水与循环荷载耦合作用下的变形，结合试验数据，在修正

4、Iwan串联模型的基础上提出了一个考虑湿化与循环荷载耦合作用的动力湿化模型。文章的主要工作与研究成果如下：(1)对多处病害路段进行现场调研，了解病害现场的情况并取回土样，对取回的土样进行基本物性试验确定土样性质和基本物理参数，分析产生路基病害的主要原因并确定进行动力湿化试验的土样。(2)改进GDS动三轴仪，使之可以在施加循环荷载的同时进行浸水。利用改进的仪器进行了浸水作用下的动力湿化试验，研究了土体在动力湿化过程中的应变、浸水量、滞回曲线、阻尼比和动弹性模量以及骨干曲线的变化规律。发现应变随动应力幅值的增加而增加，各级动应力幅值下的稳定后的应变增量相差约0.3%，浸水量随动应力幅值的增加而减

5、小，滞回圈会因应变累积和应变软化而出现右移和斜率降低，动弹性模量和阻尼比随振次基本呈现降低趋势。因此对于扩能改造后列车轴重增加较大的线路将承受更大动应力，此时伴随浸水作用会使路基产生较大变形，有发生破坏的危险，要尤为注意。(3)进行了不同浸水过程下的动力湿化试验，研究了不同浸水过程下路基土的应变、滞回曲线、软化指数、动弹性模量和阻尼比的变化规律。结果表明浸水过程对土体的应变、滞回圈、软化指数的变化都有显著影响，动弹性模量和阻尼比整体呈现下降趋势，在局部会有波动。路基在经历不同浸水过程后会产生复杂变形，尤其是在扩能改造前后均经历浸水作用，路基的变形会有较大发展必须引起足够重视。(4)依据修正I

6、wan串联模型建立了考虑浸水与循环荷载耦合作用的动力湿化模型，编写计算程序，对试验结果进行了模拟，拟合度较好，利用该模型能够较好预测土体在长期循环荷载作用下的动力湿化变形。关键字：重载铁路；动力湿化；滞回曲线；Iwan串联模型；浸水过程AbstractInordertoimprovetheabilityofrailwaytransportation,ourcountryisvigorouslydevelopingthecapacityexpansionandreconstructionofheavyhaulrailway.Butafterthesceneinvestigationfoundt

7、hatinsomeexistingheavyhaulrailway,thecouplingeffectofnaturalrainfallandtraindynamicloadwillproducelargedeformationofsubgrade,causedalotofwaterdiseasesofsubgradesuchasmudpumping,embankmentcollapse,unevensett