列车荷载作用下冻土路基中的动应力计算研究_孔祥兵.pdf

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1、第３５卷第６期冰川冻土Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．６２０１３年１２月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＬＡＣＩＯＬＯＧＹＡＮＤＧＥＯＣＲＹＯＬＯＧＹＤｅｃ．２０１３ｄｏｉ：１０．７５２２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０２４０．２０１３．０１６５ＫｏｎｇＸｉａｎｇｂｉｎｇ，ＺｈａｏＳｈｕｐｉｎｇ，ＭｕＹａｎｈｕ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｙｎａｍｉｃｓｔｒｅｓｓｏｆｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｉｎｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｒｅｇｉｏｎｓｕｎｄｅｒｔｒａｉｎｌｏａｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｌａｃｉｏｌｏ

2、ｇｙａｎｄＧｅｏｃｒｙｏｌｏｇｙ，２０１３，３５（６）：１４９０－１４９８．［孔祥兵，赵淑萍，穆彦虎，等．列车荷载作用下冻土路基中的动应力计算研究［Ｊ］．冰川冻土，２０１３，３５（６）：１４９０－１４９８．］列车荷载作用下冻土路基中的动应力计算研究孔祥兵１，赵淑萍１＊，穆彦虎１，罗飞１，２（１．中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室，甘肃兰州７３００００；２．四川农业大学城乡建设学院，四川都江堰６１１８３０）摘要：冻土路基在列车荷载作用下的动力响应是一个复杂的热、力相互作用过程，又

3、是一个急需解决的实际工程难题．应用冻土物理学、冻土力学、传热学等基本理论建立冻土路基的动力分析模型，以青藏铁路某普通路基典型断面为例，对冻土路基在列车荷载作用下的动力响应进行了数值模拟，并系统的分析了路基内动应力、位移、加速度等动力响应特点．结果表明：普通路基修筑后，在路基及其下部地基中将会产生大片力学性质不稳定的高温冻土层；在列车荷载作用下，路基内土体产生竖向加速度，随着深度增加，加速度波动范围减小，路基顶面中心点加速度波动范围比路基底面中心点大一个量级．路基竖向位移由道砟中心向内部呈圆弧状逐渐减

4、小，整个分布关于路基中线对称；在不同季节的路基上施加列车荷载时，路基顶面的动应力差异不大，但路基底面的动应力差异达７．５ｋＰａ．不同季节的路基内动应力随深度的衰减曲线不同，路基表面以下２ｍ和大于１５ｍ的深度范围内，差异较小；２～１５ｍ的范围内，差异较大．关键词：列车荷载；冻土路基；温度场；动应力；加速度；位移中图分类号：Ｐ６４２．１４文献标识码：Ａ稳定性．因而，多年冻土区铁路路基在列车荷载作０引言用下的动力响应问题是急需解决的重要课题之一．我国是世界第三冻土大国，多年冻土面积占国国内外学者对冻土的动

5、力性能进行了较深入的研［４－１０］土面积的２１．５％，高海拔冻土面积居世界之最，冻究．然而，由于冻土独特的物理、热力学性质土充分发育．随着国民经济的发展，冻土区的铁路及动力问题的复杂性，对冻土路基动力响应方面的［１］［１１］［１２－１３］建设也有了很大发展．在冻土区修建铁路路基改研究并不多见．朱占元等、Ｌｉｎｇ等、马巍［１４］变了多年冻土生存条件，同时，路基建造过程中的等开展了列车荷载作用下冻土路基动力学现场热扰动也改变了冻土内部原来的热传导过程，势必测试研究，为列车通过冻土路段路基稳定性预测分会加

6、速冻土路基内部的热学状况的改变，在此过程析提供了实测资料依据．同时，随着有限元理论的［２］中冻土路基还要受到全球气候变暖的影响．这些日益成熟，有限元模拟软件广泛应用于冻土区路基［１５］［１６］变化和影响将使铁路路基及其下部冻土温度升高，计算分析中，Ｓｔｅｖｅｎｓ、李双洋等、黄志军［１７］尤其对高温冻土而言，温度的极小变化也会导致力等研究了列车荷载作用下路基的位移、应力等［３］［１８－２１］学性质的剧烈变化，使路基结构变得不稳定．青动力响应问题．同时，部分研究者进行了列车藏铁路是百年大计，其所经过的冻

7、土地段不仅受到荷载作用下冻土路基稳定性、蠕变、轨枕响应和车这些工程扰动和气候变暖的影响，还需要承受反复速对路基响应影响等方面的数值模拟研究．常利武［２２］［２３］的列车振动荷载，这些因素会直接影响铁路路基的等、古海东等进行了列车荷载作用下冻土路收稿日期：２０１３－０２－２１；修订日期：２０１３－０５－１７基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）项目（２０１２ＣＢ０２６１０６）；国家自然科学基金项目（４１０２３００３；４０９７１０４６）资助作者简介：孔祥兵（１９８８－），男，内蒙古乌海人，２０

8、１１年毕业于兰州交通大学，现为在读硕士研究生，主要从事冻土动力学和寒区工程方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｎｇｂｉｎｇｋｏｎｇ１１＠１６３．ｃｏｍ　　＊通讯作者：赵淑萍，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｕｐｉｎｇ＠ｌｚｂ．ａｃ．ｃｎ６期孔祥兵等：列车荷载作用下冻土路基中的动应力计算研究１４９１基的动力响应分析，其土层温度假定为一定值．然水相变作用，并假定土体中水的相变发生在Ｔｍ（取而冻土的力学性质与温度密切相关，特别是对于高值与土质等有关）附近的一个温度范围（Ｔｍ±ΔＴ）温冻土而言