列车荷载作用下铁路路基及过渡段的不均匀沉降与加固研究

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近年来,我国铁路运输发展加快,随着列车的高速化和重载化,既有的有砟轨道道床劣化加剧,路基灾害频繁发生,而且路桥过渡段的沉降突变严重影响铁路运输的安全性和舒适性。为了保证铁路运输的安全,需要对铁路路基进行及时维护。鉴于目前的研究,本文主要通过数值模拟方法,对有砟轨道路基沉降规律及土工格室加固措施进行了系统的分析,并对有砟轨道路桥过渡段的加固方法进行了可行性模拟研究。
  基于有限元数值计算方法,利用ABAQUS建立了有砟轨道-路基三维模型,对有砟轨道的的沉降规律进行了系统的分析,揭示了铁路路基沉降主要集中在道砟层。列车荷载参数和道砟的物理性质对路基沉降均有影响,其中列车轴重、道砟的弹性模量和摩擦角影响较大。
  在三维有砟轨道-路基模型的基础上铺设土工格室加筋材料,研究了土工格室对铁路道床的加固效果,同时探讨了土工格室的刚度和开孔形状等因素对其加固效果的影响。结果表明刚度影响较大,随着土工格室刚度的增加,对路基的加固效率先增加后逐渐趋于稳定;不同土工格室形状加固效率不同,相同材料用量条件下正六边形土工格室的加固效益最高。
  考虑有砟轨道路桥过渡段的特点以及国内外工程中常用的过渡段结构形式,选取楔形混凝土加固、沥青混凝土加固及短桩加固的路桥过渡段处治措施为研究对象,利用ABAQUS有限元软件建立了三种不同的过渡段模型。模拟结果表明过渡段处由于路基刚度的突变,劣化程度最大,符合实际工程中的结论。在此之上,本研究对比三种过渡段处治措施的加固效果,其中楔形混凝土加固效果较好,短桩加固效果次之,沥青混凝土加固效果不是特别明显,该模拟结果对有砟轨道的过渡段设计以及维护措施具有工程意义。
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