深季節(jié)凍土地區(qū)列車行駛振動模擬與路基振動反應(yīng)分析.pdf

1、深季節(jié)凍土區(qū)列車行駛振動荷載和路基振動反應(yīng)的研究工作在國內(nèi)外均開展不多。我國為世界第三凍土大國，其中季節(jié)凍土分布面積達(dá)5.14×106m2，而對工程有重要影響凍深超過0.5m的季節(jié)凍土面積4.46×106km2、凍深超過1.5m的深季節(jié)凍土面積3.67×106km2，加之因氣候變暖引起2.15×106km2多年凍土退融而使深季節(jié)凍土區(qū)繼續(xù)擴大，東北即屬于典型深季節(jié)凍土大面積分布地區(qū)。在這些地區(qū)廣泛分布著各種鐵路干線和鐵路支線，在未來這些

2、地區(qū)還將不斷的推進(jìn)高速鐵路和重載鐵路的建設(shè)。然而，在已有的鐵路線路上，由于季節(jié)凍融作用而引起的鐵路路基病害頻發(fā)，且呈現(xiàn)出難以治理的局面。究其原因，現(xiàn)有研究對與列車荷載作用下季節(jié)性凍土路基振動反應(yīng)機理和規(guī)律的還不能滿足現(xiàn)有工程的需要。特別是對于高速列車和重載列車路基，這個問題將更加嚴(yán)重。鑒于此，本文以凍害頻發(fā)的京哈鐵路哈爾濱至王崗段為工程背景，通過數(shù)值模擬的方法，研究了影響列車行駛振動荷載和路基的振動反應(yīng)規(guī)律，具體的研究內(nèi)容、研究方法和相

3、應(yīng)的成果如下：
　　1.通過正常期現(xiàn)場剪切波速試驗，獲得了京—哈鐵路K1229+135處路基以及地基的土層結(jié)構(gòu)，由此獲得了各個土層的基本動力學(xué)參數(shù)。并通過分析，了解到現(xiàn)有路基的結(jié)構(gòu)所存在的問題。并為建立數(shù)值模型進(jìn)行分析做好基礎(chǔ)工作。
　　2.基于列車—軌道垂向耦合動力學(xué)模型[68]，發(fā)展了考慮路基土層參振效應(yīng)的列車—軌道—路基垂向耦合動力學(xué)模型?？紤]到季節(jié)性凍土地區(qū)土層分布的特殊性，將參振土層分為兩層，通過調(diào)整土層參數(shù)來代表

4、凍結(jié)層或融化層。通過對動力仿真程序ZL-TNTLM的升級改造，實現(xiàn)了列車—軌道—路基垂向耦合動力學(xué)模型的程序化。并通過京哈鐵路現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果與程序仿真結(jié)果進(jìn)行了對比，驗證了該計算程序的正確性。
　　3.利用升級后的動力仿真程序ZL-TNTLM進(jìn)行了不同工況下列車行駛振動荷載的模擬，分析了不同行駛速度、不同車型、不同軸重、路基不同的凍融狀態(tài)對列車行駛振動荷載的影響規(guī)律，初步討論了路基由于沿線路方向的不均勻凍脹或融沉引起的路基剛度不平順

5、對軌道振動反應(yīng)的影響。發(fā)現(xiàn)行車速度、列車車型和列車軸重對列車行駛振動荷載均有較大影響，但是路基凍融狀態(tài)的影響不大。路基剛度不平順影響較大，但未能實現(xiàn)精準(zhǔn)的模擬。
　　4.根據(jù)現(xiàn)場剪切波速試驗所得到的京—哈鐵路K1229+135的路基土層結(jié)構(gòu)，建立有限元模型，利用有限元程序ZL-RNTLM進(jìn)行了計算分析，研究了路基病害較為嚴(yán)重的春融期列車行駛振動荷載作用下動壓應(yīng)力、動靜應(yīng)力比的分布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)路基土體動壓應(yīng)力與列車振動荷載具有相關(guān)性。

6、動壓應(yīng)力與動靜應(yīng)力比沿著路基深度總體上均呈減小規(guī)律。
　　5.利用有限元程序ZL-RNTLM分別進(jìn)行了不同行車速度、不同列車車型、不同列車軸重、不同的路基凍融狀態(tài)、不同路堤高度、不同路塹深度、不同凍土層厚度和不同融土層厚度各種工況條件下的數(shù)值計算分析，研究了上述各種影響因素對路基振動反應(yīng)的影響規(guī)律。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，行車速度、列車車型、列車軸重、路基凍融狀態(tài)、凍土和融土層厚度對動壓應(yīng)力和動靜應(yīng)力比的分布均具有較明顯的影響，但是路堤高度