高速鐵路無砟軌道路堤地基差異沉降傳遞規(guī)律及過渡段動(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)，長期使用過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)重的軌道不平順問題。地基的差異沉降最終通過路堤反映到路基面，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型板式無砟軌道，為約束橋上縱連式無砟軌道結(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、過渡板和端刺等構(gòu)成的長約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)路橋過渡段基本形式。開展CRTSⅡ型板式無砟軌道路橋過渡段振動(dòng)響應(yīng)測試分析，掌握振動(dòng)響應(yīng)沿線路縱垂向的空間變化特征及與行車速度的關(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型板式無砟軌道路橋過渡段的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，主要開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化為錯(cuò)臺(tái)式與漸變式兩種差異沉降模式。通過一套自行設(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，開展了路堤高度分別為3m、6m、9m及地基差異沉降漸變段長度分別為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

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.路橋過渡段現(xiàn)場長期測試及沉降評(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)路橋過渡段，開展了基于傳感器網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)測試系統(tǒng)的現(xiàn)場原型長期測試試驗(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。測試分析結(jié)果表明:過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)間增長而逐漸增大，并較快趨于穩(wěn)定，延長路基放置時(shí)間有助于減小過渡段工后差異沉降;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;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;路橋過渡段的沉降沿縱向從橋臺(tái)至路基逐漸增大，觀測期路基面縱坡的變化值為0.03‰～0.44‰，小于路橋過渡段對(duì)折角1‰的要求。
　　3.CRTSⅡ型板式無砟軌道路橋過渡段動(dòng)力學(xué)測試分析
　　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)開展了93車

8、次高速運(yùn)行條件下的路橋過渡段振動(dòng)特性測試。獲得了最高速度達(dá)到424km/h的CRTSⅡ型板式無砟軌道路橋過渡段動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。重點(diǎn)測試了CRTSⅡ型板式無砟軌道端刺結(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)沿線路縱垂向的空間變化特征及與行車速度的關(guān)系。測試結(jié)果表明:沿線路縱向的振動(dòng)響應(yīng)最大值出現(xiàn)在過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;垂向多層的線路結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)

9、沿深度呈遞減趨勢，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;隨車速的提高，振動(dòng)位移表現(xiàn)出線性增加、振動(dòng)速度與振動(dòng)加速度呈現(xiàn)出非線性加速增大的規(guī)律。
　　4.車輛荷載作用下無砟軌道路基力學(xué)響應(yīng)的雙彈性地基模型分析方法
　　為研究車輛軸載通過無砟軌道系統(tǒng)傳遞到路基結(jié)構(gòu)的荷載作用特性，引用Winkler彈簧地基上無限長梁模型和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)算雙塊式無砟軌道路基在車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