高速鐵路無(wú)砟軌道路堤地基差異沉降傳遞規(guī)律及過(guò)渡段動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究.pdf

1、高速鐵路路堤多采用優(yōu)質(zhì)填料填筑并進(jìn)行密實(shí)壓實(shí)。依據(jù)高速鐵路設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建而成處于正常狀態(tài)的路堤型路基結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期使用過(guò)程中的沉降主要由地基引起。在地基土層變化較大處、不同地基處理措施連接處等路堤地基通常存在較大差異沉降，特別是路基與橋梁交界處的不連續(xù)，極易產(chǎn)生明顯的路基面不均勻變形，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的軌道不平順問(wèn)題。地基的差異沉降最終通過(guò)路堤反映到路基面，在路堤的傳遞擴(kuò)散作用下，路基面的變形形態(tài)及不均勻的程度往往不同于地基面。
　　京

2、滬高速鐵路采用的CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道，為約束橋上縱連式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)因溫度變化引起的變位，在路橋連接處的路基一側(cè)設(shè)置了由摩擦板、過(guò)渡板和端刺等構(gòu)成的長(zhǎng)約60m的端刺結(jié)構(gòu)縱向傳力錨固體系。端刺結(jié)構(gòu)的設(shè)置改變了柔性路堤與剛性橋臺(tái)直接連接的傳統(tǒng)路橋過(guò)渡段基本形式。開(kāi)展CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道路橋過(guò)渡段振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試分析，掌握振動(dòng)響應(yīng)沿線(xiàn)路縱垂向的空間變化特征及與行車(chē)速度的關(guān)系，對(duì)改善端刺結(jié)構(gòu)兩端與相鄰路橋結(jié)構(gòu)間的縱向連續(xù)性有重要意義。

3、　　論文在綜合參考了國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)高速鐵路路堤地基差異沉降傳遞規(guī)律及CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道路橋過(guò)渡段的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，主要開(kāi)展了以下幾方面的工作:
　　1.路堤地基差異沉降傳遞規(guī)律的土工離心模型試驗(yàn)研究
　　為研究路堤地基差異沉降在路堤中的傳遞擴(kuò)散特性以及對(duì)路基面不均勻變形的影響規(guī)律，首先將路堤地基差異沉降簡(jiǎn)化為錯(cuò)臺(tái)式與漸變式兩種差異沉降模式。通過(guò)一套自行設(shè)計(jì)制造的能夠在離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可控制地

4、基差異沉降大小的土工離心模型試驗(yàn)實(shí)時(shí)精確控制設(shè)備，開(kāi)展了路堤高度分別為3m、6m、9m及地基差異沉降漸變段長(zhǎng)度分別為4m、8m、12m的6組土工離心模型試驗(yàn)，重點(diǎn)研究了地基差異沉降引起的路基面不均勻變形沿線(xiàn)路縱向的分布特點(diǎn)。分析了路堤地基差異沉降量大小、路堤高度、地基差異沉降漸變段長(zhǎng)度等對(duì)路基面不均勻變形的影響。結(jié)果表明:地基差異沉降引起的路基面不均勻變形沿線(xiàn)路縱向均呈“S”型分布特征;路基面不均勻變形的折角與地基差異沉降的幅值基本呈線(xiàn)

5、性關(guān)系;路基面不均勻變形的折角相同時(shí)，高路堤或在路堤底部設(shè)置漸變段均會(huì)增大地基差異沉降允許值;基于路基面不均勻變形的折角限值，提出了考慮上覆路堤高度及在路堤底部設(shè)置漸變段的地基差異沉降控制限值，對(duì)完善鐵路路基沉降變形控制的參數(shù)指標(biāo)體系有重要意義。
　　2.路橋過(guò)渡段現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期測(cè)試及沉降評(píng)估分析
　　結(jié)合京滬高速鐵路的建設(shè)，在高資東特大橋京臺(tái)和天津特大橋滬臺(tái)路橋過(guò)渡段，開(kāi)展了基于傳感器網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)原型長(zhǎng)期測(cè)試試驗(yàn)。利用

6、京滬高速鐵路JHTJ-5標(biāo)段的沉降評(píng)估數(shù)據(jù)，選取了77個(gè)有代表性的路橋過(guò)渡段進(jìn)行了橋臺(tái)及相鄰路基沉降變形數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。測(cè)試分析結(jié)果表明:過(guò)渡段路堤地基及路基面的沉降變形較小，處于穩(wěn)定收斂狀態(tài)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)控制值要求，地基處理措施和路堤填筑技術(shù)發(fā)揮了明顯效果;路堤與橋臺(tái)間垂向差異沉降隨時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸增大，并較快趨于穩(wěn)定，延長(zhǎng)路基放置時(shí)間有助于減小過(guò)渡段工后差異沉降;路堤填土含水量呈現(xiàn)夏季大冬季小的周期性變化現(xiàn)象，并表現(xiàn)出路基表層的含水量變化受

7、季節(jié)影響相對(duì)較大、隨深度的增加逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢(shì);橋臺(tái)的高度和橋臺(tái)樁基礎(chǔ)的深度對(duì)橋臺(tái)沉降影響不大，過(guò)渡段地基的沉降隨路堤高度及地基加固深度的增大而呈現(xiàn)出小幅增加的趨勢(shì);路橋過(guò)渡段的沉降沿縱向從橋臺(tái)至路基逐漸增大，觀測(cè)期路基面縱坡的變化值為0.03‰～0.44‰，小于路橋過(guò)渡段對(duì)折角1‰的要求。
　　3.CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道路橋過(guò)渡段動(dòng)力學(xué)測(cè)試分析
　　結(jié)合京滬高速鐵路先導(dǎo)段聯(lián)調(diào)聯(lián)試及綜合試驗(yàn)，在濉河特大橋滬臺(tái)開(kāi)展了93車(chē)

8、次高速運(yùn)行條件下的路橋過(guò)渡段振動(dòng)特性測(cè)試。獲得了最高速度達(dá)到424km/h的CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道路橋過(guò)渡段動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。重點(diǎn)測(cè)試了CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道端刺結(jié)構(gòu)兩端與相鄰路橋結(jié)構(gòu)連接的關(guān)鍵部位振動(dòng)位移、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度等振動(dòng)響應(yīng)，分析了振動(dòng)響應(yīng)沿線(xiàn)路縱垂向的空間變化特征及與行車(chē)速度的關(guān)系。測(cè)試結(jié)果表明:沿線(xiàn)路縱向的振動(dòng)響應(yīng)最大值出現(xiàn)在過(guò)渡板端與路基支承層交接處，并呈現(xiàn)出前者支承剛度小于后者的現(xiàn)象;垂向多層的線(xiàn)路結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)

9、沿深度呈遞減趨勢(shì)，結(jié)構(gòu)各層位水平向不連續(xù)引起的振動(dòng)效應(yīng)表現(xiàn)出與振動(dòng)源距離成反比的關(guān)系，軌道板端經(jīng)縱聯(lián)后的振動(dòng)特性有顯著改善;隨車(chē)速的提高，振動(dòng)位移表現(xiàn)出線(xiàn)性增加、振動(dòng)速度與振動(dòng)加速度呈現(xiàn)出非線(xiàn)性加速增大的規(guī)律。
　　4.車(chē)輛荷載作用下無(wú)砟軌道路基力學(xué)響應(yīng)的雙彈性地基模型分析方法
　　為研究車(chē)輛軸載通過(guò)無(wú)砟軌道系統(tǒng)傳遞到路基結(jié)構(gòu)的荷載作用特性，引用Winkler彈簧地基上無(wú)限長(zhǎng)梁模型和Hooke彈性地基的Boussinesq解

10、，運(yùn)用迭代算法，以地基系數(shù)為控制條件，構(gòu)建了應(yīng)用Winkler彈簧地基和Hooke彈性地基計(jì)算雙塊式無(wú)砟軌道路基在車(chē)輛荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)分析方法（雙彈性地基模型分析法）。計(jì)算分析表明:車(chē)輛軸重對(duì)路基結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形的影響十分顯著，路基結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形隨軸重的增加呈線(xiàn)性增大;軌道剛度對(duì)路基面應(yīng)力和變形影響顯著，隨軌道剛度的衰減，路基面承受的應(yīng)力和變形均隨之增大，軌道板和支承層斷裂等極端情況時(shí)尤甚;增加支承層的寬度能顯著減小路基面的應(yīng)力和變形