大秦线重载铁路路基质量评估理论与方法的研究

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高速、重载是世界各国铁路发展的两大趋势,而货运重载化已成为货物运输现代化发展的重要标志。为了解决我国铁路长期存在的运能与运量的矛盾,重载铁路轴重增大,速度提高,使路基的变形以及轮轨系统的动力作用加剧。特别是大范围提速后,既有线轨道几何形位难以长期保持,路基出现的病害日趋增多,尤其路桥过渡段的病害广泛而严重,是产生行车事故的重要原因。因此,研究既有线铁路路基质量能否满足行车安全的要求,具有非常重要的现实意义。本文依托大秦线重载铁路科研项目,选取典型的路桥过渡段试验断面,采用现场试验、理论分析和数值计算等手段,研究了大秦重载铁路路桥过渡段路基在静、动力荷载作用下的变形规律,并对路基质量检验和路基加强措施作了研究。本文主要研究内容如下:通过路基现场静力试验和室内试验,对地基系数K30、变形模量Ev1、Ev2、密度和含水量等进行了测试,结合现场测试数据详细分析了路桥过渡段路基的质量检验结果。由测试结果可知,距离桥台越近土体的承载能力越低,路桥过渡段是加强的重点;可选用K30和Ev2中的一个作为路基压实质量控制的力学指标,并以物理指标为辅控制路基压实质量。通过对路桥过渡段的动力性能测试,分析了路基动应力和动位移的变化规律。由测试结果可知,沿路基深度方向,动应力迅速衰减;沿线路纵向,随测点距桥台距离的增大动应力有减小的趋势;列车速度、列车轴重以及轨道结构形式对路基动应力均有影响。利用有限元软件ANSYS对路基结构在列车荷载作用下的静力变形规律进行了研究,分析了参数变化对路基变形的影响,分析结果认为,静力作用下过渡段横向路基两侧荷载作用中心处变形最大;基床表层、基床底层、基底填土以及地基土变形模量对路基沉降均有影响。在综合分析大秦线路桥过渡段路基现场试验、路基动力特性测试以及数值分析结果的基础上,给出了路基加强范围,认为路桥过渡段和基床表层为加强重点,进而提出了路桥过渡段路基加强措施。
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