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双线重载路基动应力分布与扩能适应性评价研究

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中国铁道科学 2023年第4期44卷 28-39页

作者：董俊利冷伍明张期树徐方梅慧浩中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 中南林业科技大学土木工程学院湖南长沙410004 中铁十一局集团有限公司湖北武汉430061

针对线路未来扩能要求,以朔黄双线重载铁路路基为研究对象,建立轨枕-路基-地基三维有限元模型,模拟分析列车轴重、行车速度和运行模式对路基动应力分布规律的影响,并采用塑性安定极限动应力方法对不同工况下的路基动力稳定性开展适应性... 详细信息

针对线路未来扩能要求,以朔黄双线重载铁路路基为研究对象,建立轨枕-路基-地基三维有限元模型,模拟分析列车轴重、行车速度和运行模式对路基动应力分布规律的影响,并采用塑性安定极限动应力方法对不同工况下的路基动力稳定性开展适应性评价。结果表明:不同运行模式下,列车于本侧轨道下方路基面引起的动应力沿横向呈“马鞍形”分布,且满载列车运行时会在空载侧路基面引起小幅动应力;荷载作用区内动应力随深度增加逐渐减小,而在荷载作用区域外动应力随深度增加先增后减,满载线钢轨下方动应力传递至基床层底部时衰减量超过70%;满载线钢轨下方路基面动应力随列车轴重和行车速度的增加而线性增大;以0.2倍自重应力线确定路基动应力影响深度,满载线钢轨下方路基在满载单向与双向运行模式下的影响深度为2.80~4.23 m,已超过基床层设计厚度2.50 m,须对路基动力稳定性开展评估。塑性安定极限动应力方法可用于评估不同轴重、行车速度和含水率条件下的重载路基动力稳定性,对评价既有重载铁路路基扩能适应性具有指导和借鉴作用。

关键词：重载铁路路基动应力动力稳定性有限元

考虑桩间泥皮对砂土-混凝土桩接触面剪切特性影响的试验研究

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Journal of Central South University 2022年第6期29卷 2019-2032页

作者：陈琛冷伍明杨奇董俊利徐方阮波 Department of Civil Engineering Central South UniversityChangsha 410075China MOE Key Laboratory of Engineering Structures of Heavy Haul Railway Changsha 410075China Hunan Tieyuan Civil Engineering Testing Co. Ltd.Changsha 410075China

在对地下连续墙、钻孔灌注桩等地下结构进行施工时,需要浇筑混凝土,在土体与混凝土间随之会产生泥皮层。本研究旨在探究泥皮厚度对砂土-混凝土桩界面剪切特性的影响规律。基于桩侧不同粗糙度(I=0,10,20和30 mm)和泥皮厚度(Δh=0,5和10 m... 详细信息

在对地下连续墙、钻孔灌注桩等地下结构进行施工时,需要浇筑混凝土,在土体与混凝土间随之会产生泥皮层。本研究旨在探究泥皮厚度对砂土-混凝土桩界面剪切特性的影响规律。基于桩侧不同粗糙度(I=0,10,20和30 mm)和泥皮厚度(Δh=0,5和10 mm),开展一系列的砂土-混凝土接触面大型界面直剪试验。试验结论表明:对于无泥皮的光滑界面,剪切应力-切向位移曲线呈现软化型;随着泥皮厚度的增加,该曲线由软化型转为双折线型。峰值强度和摩擦角随泥皮厚度的增加呈指数下降。当泥皮厚度由0增加至10 mm的粗糙界面,剪切应力-切向位移曲线则由软化型转变为硬化型,峰值强度和摩擦角随泥皮厚度的增加呈线性下降。发现当存在临界粗糙度Icr=10 mm,接触面粗糙度小于临界粗糙度时,剪切强度随粗糙度的增加而增大;当接触面粗糙度超过临界粗糙度时,剪切强度逐渐降低。此外,泥皮存在会降低粗糙度对接触面强度影响的敏感性。

关键词：泥皮砂土-混凝土桩接触面大型直剪试验剪切特性临界粗糙度

基于大型动三轴试验和神经网络的粗粒土临界动应力研究

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铁道学报 2023年第5期45卷 119-127页

作者：徐方翟斌冷伍明叶新宇张期树赵春彦中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

为研究基床粗粒土填料的累积塑性变形特性、动力稳定性和临界动应力,开展不同围压、动应力和含水量的系列大型动三轴试验。结果表明:粗粒土的累积塑性应变ε_(p)随动荷载振动次数N的关系曲线可分为破坏型、稳定型和临界型。建立分析εp-... 详细信息

为研究基床粗粒土填料的累积塑性变形特性、动力稳定性和临界动应力,开展不同围压、动应力和含水量的系列大型动三轴试验。结果表明:粗粒土的累积塑性应变ε_(p)随动荷载振动次数N的关系曲线可分为破坏型、稳定型和临界型。建立分析εp-N曲线类型与土体围压、含水量及动应力相关性的灰色关联模型,结果表明曲线类型受围压、动应力及含水量的影响显著,且三者对决定粗粒土的动力稳定状态具有同等重要作用。构建预测粗粒土临界动应力的BP神经网络模型,分析表明粗粒土的临界动应力随围压增加而近似线性增大,随含水量的增加而非线性减小;综合试验和模型分析结果,提出考虑围压和含水量影响效应的粗粒土临界动应力经验公式。

关键词：粗粒土临界动应力累积塑性变形动三轴试验神经网络

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砂土拱效应滑移面几何轮廓与松动土压力分析

西南交通大学学报 2023年第6期58卷 1413-1422页

作者：周思危冷伍明聂如松李亚峰狄宏规陈伟庚中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 中国铁路广州局集团有限公司广州510088

土拱效应本质上是由于土体内部松动引起的应力转移现象,土体松动过程伴随着滑移面的形成和延展,但目前针对滑移面几何轮廓、松动影响范围以及考虑松动区动态演变对松动土压力的影响等方面的研究尤待深入.利用Trapdoor试验对砂土拱效应... 详细信息

土拱效应本质上是由于土体内部松动引起的应力转移现象,土体松动过程伴随着滑移面的形成和延展,但目前针对滑移面几何轮廓、松动影响范围以及考虑松动区动态演变对松动土压力的影响等方面的研究尤待深入.利用Trapdoor试验对砂土拱效应滑移面轮廓及演变开展研究,获得滑移面几何轮廓及其演变模式在不同填土高度、活动门下移和宽度以及砂料密度下的表征区别.通过界定滑移面影响范围内松动核心区域,提出基于核心区几何形状的松动应力计算方法.分析松动应力-活动门下移曲线特征,以揭示最大、最小拱状态条件下的曲线特征随填土高度、活动门下移和宽度以及砂密度的变化规律.研究结果表明:1)滑移面轮廓随活动门下移的演化过程为三角形—子弹头形—椭圆形,填土高度越高,活动门宽度越小,初始和次级滑移面轮廓越尖锐;2)初始、次级滑移面高度随活动门下移递增,第Ⅲ级滑移面拐点高度随活动门下移递减,初始、次级滑移面夹角随活动门下移先增后减,第Ⅲ级滑移面上半夹角与下半夹角均随活动门下移递增;3)随着填土高度的增加,松动核心区形状演化过程为三角形—梯形—矩形,核心区高度为填土高度的0.5倍~0.8倍,核心区夹角与核心区面积均随内摩擦角的增加近似线性递减;4)基于核心区面积的松动应力计算方法相比,Terzaghi等方法更具适用性,且其适用于计算低填土试验组的临界应力和高填土试验组的极限应力.研究成果为更精确地描述砂土松动区的位移破坏模式及其界定标准以及松动区稳定性评价提供参考.

关键词：土拱效应 Trapdoor试验滑移面轮廓松动区松动土压力

重载列车荷载下新型预应力路基的加速度响应试验研究

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土木工程学报 2023年第10期56卷 149-159页

作者：徐方董俊利冷伍明张期树阮波邓志龙中南大学土木工程学院湖南长沙410075 湖南铁院土木工程检测有限公司湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075

路基的加速度响应是表征列车荷载下路基体振动剧烈程度的代表性参数。基于Buckingham π理论,研制了缩尺预应力路基动力模型试验系统,并开展了不同重载列车轴重、预应力大小和加载振次下的预应力路基加速度响应试验。结果表明:(1)预应... 详细信息

路基的加速度响应是表征列车荷载下路基体振动剧烈程度的代表性参数。基于Buckingham π理论,研制了缩尺预应力路基动力模型试验系统,并开展了不同重载列车轴重、预应力大小和加载振次下的预应力路基加速度响应试验。结果表明:(1)预应力钢筋在张拉锚固后,由于路基土的蠕变变形会出现预应力损失现象,建议实际工程中进行超张拉;(2)路基在循环动荷载作用下产生显著的周期性响应,相同位置处横向加速度均小于竖向加速度,且振动能量从路肩向坡脚方向逐步衰减;(3)短期加载测试下,各测点加速度峰值基本随列车轴重的增加线性增大,随预应力的增加而近似线性减小;(4)35t大轴重列车长期荷载作用下,预应力100kPa下路基加速度有效值随振动次数的增加先减小后趋于稳定,且均小于无预应力工况下的加速度有效值。以上结果表明预应力加固结构在降低路基动力响应方面具有积极作用。

关键词：预应力路基模型试验加速度响应重载列车动力加载

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列车荷载作用下新型预应力路基振动特性研究

岩石力学与工程学报 2023年第11期42卷 2847-2860页

作者：董俊利冷伍明徐方张期树李忠阮波姚康中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 中南林业科技大学土木工程学院湖南长沙410004 湖南铁院土木工程检测有限公司湖南长沙410004

掌握预应力路基在列车荷载作用下的工作性状和加固机制可为其工程设计提供技术参考。通过开展1∶5的缩尺模型试验,探究列车轴重和预应力对路基加速度响应的影响,并建立预应力路基三维动力有限元模型,重点分析预应力路基加速度场的分布... 详细信息

掌握预应力路基在列车荷载作用下的工作性状和加固机制可为其工程设计提供技术参考。通过开展1∶5的缩尺模型试验,探究列车轴重和预应力对路基加速度响应的影响,并建立预应力路基三维动力有限元模型,重点分析预应力路基加速度场的分布特性及预应力加固机制。结果表明:(1)在列车动荷载循环加卸载作用下,路基竖向加速度响应的波峰和波谷均在小范围内波动变化,可采用波峰和波谷均值来反映路基的长期振动程度;(2)路肩位置处竖向加速度峰值随列车轴重和预应力的增加分别呈线性递增关系和指数型衰减关系,建立了描述加速度峰值、列车轴重和预应力三者关系的经验模型;(3)路基竖向加速度峰值与预应力水平存在高度相关性,且加速度响应沿路基横向与深度方向传播时衰减明显,侧压力板周边区域受预应力的影响程度显著高于路基内部区域;(4)水平预应力可减小路基的竖向振动,通过调整预应力大小和增大路基坡率等措施,可实现对路基核心区域的有效加固。研究结果对于进一步了解预应力路基的加固机制具有一定参考意义。

关键词：路基工程预应力路基模型试验加速度响应数值仿真加固机制

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新型预应力路基动力变形特性试验研究

土木工程学报 2023年

作者：董俊利冷伍明张期树徐方李亚峰中南大学土木工程学院中南林业科技大学土木工程学院安徽理工大学土木建筑学院中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室

为推进新型预应力路基应用于实际工程，开展列车荷载作用下预应力路基的动力变形特性研究尤显迫切。通过建立1:5的预应力路基缩尺模型，探究列车轴重和预应力水平对预应力路基短期/长期动力变形特性的影响。并建立常规/预应力路基三维... 详细信息

为推进新型预应力路基应用于实际工程，开展列车荷载作用下预应力路基的动力变形特性研究尤显迫切。通过建立1:5的预应力路基缩尺模型，探究列车轴重和预应力水平对预应力路基短期/长期动力变形特性的影响。并建立常规/预应力路基三维动力有限元模型，进一步分析了预应力加固机制。结果表明：(1) 循环动荷载作用下，路基动位移响应具有显著周期性；(2) 路基各测点处的弹性变形与列车轴重近似呈线性递增关系；(3) 路肩处弹性变形随预应力的增加而减小，且列车轴重的影响程度大于预应力水平；(4) 提高预应力水平可降低路基累积沉降的发展速率，表明预应力路基在抗变形能力方面具有突出优势；(5) 预应力加固构件对基床层侧向动变形的约束作用从路基坡面到路基内部逐渐弱化。研究揭示了列车荷载作用下预应力路基在动力稳定方面的积极作用，同时为后续工程应用中的沉降预测和状态评估提供了有益参考。

关键词：铁路预应力路基重载列车模型试验变形特性加固机制

基于行车试验的高铁路基面动应力幅值概率分布规律及设计值研究

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土木工程学报 2022年第9期55卷 78-93页

作者：杨奇张磊魏丽敏聂志红聂如松徐方冷伍明中南大学湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

高速列车荷载作用下路基动应力的大小直接影响到路基沉降变形及长期动力稳定性,现很多高铁线路路基动力响应数据仍处于“信息孤岛”状态,信息共享不充分和综合再分析不够,较难获得更具普遍意义和价值的路基动应力响应规律。鉴于此,采用... 详细信息

高速列车荷载作用下路基动应力的大小直接影响到路基沉降变形及长期动力稳定性,现很多高铁线路路基动力响应数据仍处于“信息孤岛”状态,信息共享不充分和综合再分析不够,较难获得更具普遍意义和价值的路基动应力响应规律。鉴于此,采用现场实测、调研收集和数理统计分析的方法研究高速列车荷载作用下路基面动应力大小及概率分布规律,探讨《高速铁路设计规范》中路基面设计动应力幅值计算公式的适应性,并提出高铁路基面设计动应力幅值的计算公式。主要结论如下:(1)高铁无砟、有砟轨道路基面动应力幅值均服从正态分布,并统计获得了其特征值(均值μ、标准差δ,“3δ规则”的上下限值);(2)路基面动应力幅值与列车速度的关系:对于高铁无砟轨道,当v≥150km/h,路基面动应力幅值基本保持不变;当v≥150km/h时,动应力幅值随速度线性增加。对于高铁有砟轨道,动应力幅值随速度增大而线性增加。高速无砟、有砟轨道路基面动应力幅值的速度影响系数α分别为0.0015和0.0012;高铁无砟铁路轴重系数β=0.074,约为普通和高速有砟铁路β值的1/3~1/2;(3)提出高铁无砟、有砟轨道路基面设计动应力幅值计算公式分别为σ_(dl)=0.119P,v<150km/h,σ_(dl)=0.119P[(1+0.0015(v-150)],v≥150km/h(无砟)和σ_(dl)=0.27P(1+0.0012v)(有砟)。研究成果可为高铁路基设计参数取值提供参考及其设计动应力幅值计算公式的修订提供依据。

关键词：高速铁路路基面动应力幅值概率分布速度影响系数轴重系数

考虑道砟嵌入作用的有砟轨道基床表层变形行为研究

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铁道学报 2023年第11期45卷 128-137页

作者：聂如松李亚峰冷伍明黄茂桐周思危董俊利中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232000

为研究有砟轨道道砟嵌入现象及其对基床表层变形行为的影响,开展以道砟碎石-基床粉土双层试样为研究对象的动三轴试验,分析道砟嵌入对基床表层变形行为的影响,探讨基于道砟嵌入指标的基床表层变形行为标准。试验结果表明,道砟嵌入使得... 详细信息

为研究有砟轨道道砟嵌入现象及其对基床表层变形行为的影响,开展以道砟碎石-基床粉土双层试样为研究对象的动三轴试验,分析道砟嵌入对基床表层变形行为的影响,探讨基于道砟嵌入指标的基床表层变形行为标准。试验结果表明,道砟嵌入使得道砟碎石-基床粉土试样的粉土表层出现道砟槽痕并发生侧向变形,同时承受动荷载的能力降低;提高动应力水平和增加粉土含水率会加剧道砟嵌入程度;道砟碎石-基床粉土试样的破坏模式可分为剪切破坏型和软化破坏型;基床粉土含水率较低时,道砟碎石-基床粉土试样整体变形主要源于道砟和粉土的压缩变形,而当粉土含水率较高时,道砟嵌入引起的轴向和侧向变形则较为显著;当粉土处于最优含水率时,道砟嵌入速率为2.9×10^(-5) mm/s时道砟碎石-基床粉土试样达到塑性安定极限,而当粉土处于天然含水率和饱和含水率时,塑性安定极限对应的道砟嵌入速率则为1.4×10^(-4) mm/s。

关键词：道砟嵌入动三轴试验基床表层变形行为塑性安定极限