土质路基无碴轨道基床动态特性的研究

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1、土质路基无碴轨道基床动态特性的研究StudyondynamiccharacteristicsofSoilSubgradeBedforballastlessTrack蒋关鲁西南交通大学无碴轨道主要由直接支承列车荷重的钢轨、道床板、混凝土基础及路基基床等构成。路基基床由基床表层和基床底层组成。支承轨道结构及列车荷载的基床表层和基床底层必须具有以下几个功能：（1）适当的弹性，以保证行车的安全性和舒适性；（2）适当的强度，以防止下部路堤的劣化；（3）较好的荷载分散传递功能；（4）良好的排水性等。开展了以30cm级配碎石为基床表层、以A、B组填料为基床

2、底层的基床大比例动态模型试验；进行了遂渝线无碴轨道路基基床动态性能等现场行车试验；对基床的动态特性进行了综合试验研究。基床大比例动态模型试验试验模型分两组：①组为0.3m基床表层＋1.9m基床底层②组为0.3m基床表层＋1.9m基床底层并降雨级配碎石AB组填料（灰岩风化层，属碎石类土）边界条件的模拟：按平面应变问题考虑，线路纵向采用固定钢板挡墙模拟其边界条件模型土的分层厚度及压实标准控制：基床表层及底层的填筑分层厚度取10cm级配碎石压实后的K为0.99，n为15％AB组填料压实后的K为0.96，n为15％混凝土基础及钢轨的模型设计：将轨道板

3、一并折算到混凝土基础里；混凝土基础采用整体现场浇筑图1试验模型及仪器布置模型尺寸、测点布置如图1所示模型试验动荷载加载方式分级静载循环加载分级循环加载共分5级，分别为10、20、30、40、46.5kN循环加载共分9级，加载频率为6Hz，每级循环加载次数为6000次，加载波形为正弦波。各级激振力上、下值为：41.5-51.5、36.5-56.5、31.5-61.5、26.5-66.5、21.5-71.5、16.5-76.5、11.5-81.5、6.5-86.5、0-93kN。模型试验方法动轮载力：模型施加的最大单个动轮载为46.5KNFCS0

4、118四通道电液伺服协调加载试验系统降雨前、后附加静应力在路基横断面方向上呈马鞍形分布，钢轨下方值最大，中心处和基础板边值较小，随着外加荷载的增加，附加静应力的马鞍形分布更趋明显。图2降雨前路基表面附加静应力的横向分布图3降雨后路基表面附加静应力的横向分布路基基床静力学特性结果与分析图4降雨前附加静应力在中线下沿路基深度的分布图5降雨后附加静应力在中线下沿路基深度的分布附加静应力随路基深度的增加而减小，在基床表层范围内减小速率较快，在基床底层范围内减小较缓慢，这是由于基床表层土体比基床底层土体具有更好的荷载的分散传递功能；与降雨前相比，降雨后

5、对应级别的附加静应力值普遍增大，这是由于降雨后土体的荷载的分散传递功能变差，从而导致在相同外加荷载的条件下，降雨后轨下基床中的附加静应力值变大。从图中可以看出，随着外加动荷载值的增大，动应力也相应增大。动应力在路基横断面方向上的分布是不均匀的，轨下动应力值最大，中线下次之，靠近混凝土基础板端部动应力值最小，总体上在横断面上呈马鞍形分布，且随着外加动荷载值的增大，动应力呈马鞍形分布的趋势更加明显。图6降雨前路基表面动应力的横向分布图7降雨后路基表面动应力的横向分布降雨前、后动应力在基床内的分布规律图8降雨前动应力轨下沿基床深度分布图9降雨后动应

6、力轨下沿基床深度分布从图中可以看出，动应力随深度的增加而逐渐减小，在基床表层内衰减较快，在基床底层内衰减较慢。降雨后与降雨前相比，不论是在横向还是沿深度方向，对应动应力值都增大，这是由于降雨后路基土体的有效内摩擦角变小，从而导致土体的应力扩散角变小，在加载条件不变的情况下，承担受力的土体的体积减小，因此导致轨下动应力值增大。所以在实际工程中，应充分重视路基的防排水。图12降雨前路基表面加速度横向分布图13降雨后路基表面加速度横向分布降雨前、后加速度、动位移在基床内的分布规律图12～图13为加速度在基床横断面方向和深度方向的分布，从图中可以看出

7、，加速度在横断面方向上都呈马鞍形分布趋势，其值都随外加动荷载值的增大而增大。图14降雨前加速度轨下沿路基深度方向分布图15降雨后加速度轨下沿路基深度方向分布图14～图15为加速度在轨下沿路基深度方向的分布。从图中可以看出，加速度都随外加动荷载值的增大而增大，随深度的增加而减小。与降雨前相比，降雨后动态响应增强，对应的加速度值增大。也就是说加速度的分布规律与动应力的分布规律是相似的。图16降雨前基础板动位移横向分布图17降雨后基础板动位移横向分布图18降雨前动位移轨下沿路基深度方向分布图19降雨后动位移轨下沿路基深度方向分布图16～图19为动位

8、移在基床横断面方向和深度方向的分布。从图中可以看出，动位移在横断面方向上也呈马鞍形分布趋势，其值都随外加动荷载值的增大而增大，随深度的增加而减小。与降雨前相比，降雨