高速鐵路相鄰過渡段路基動響應及長期動力穩(wěn)定性研究.pdf

1、目前，中國已擁有世界上最大規(guī)模以及最高運營速度的高速鐵路網，高速鐵路要求軌道結構具有高平順性和高穩(wěn)定性。路基及其與剛性結構物連接處所設置的過渡段，其長期動力穩(wěn)定性和后續(xù)的沉降變形對列車能否高速運行將起到控制作用。過渡段是路基的薄弱環(huán)節(jié)，是高鐵路基中需要研究的重要結構物之一，而對于相鄰過渡段之間相互影響的動力特性也有必要進行深入分析。本文在總結國內外路基動力響應及過渡段等相關問題研究現狀的基礎上，以武廣高速鐵路相鄰過渡段為研究對象，結合國

2、家自然科學基金項目和鐵道部科技研究計劃重大項目，采用現場參數測試、現場動響應測試、室內動力試驗、理論分析和仿真計算等手段，對過渡段路基的動響應特性、動力穩(wěn)定性和長期變形特性開展了深入研究。主要工作和研究成果如下:
　　(1)通過現場波速試驗獲取了相鄰涵-路過渡段路基各結構層填料的動模量、剪切波速、壓縮波速和動泊松比等基本動力學參數。通過現場激振試驗獲取了典型斷面的動剛度、動阻尼比和豎向振動無阻尼固有頻率。涵頂/過渡段/普通路基的路

3、基綜合剛度比的分析表明，過渡段的設置保證了剛性結構物與路基之間的平穩(wěn)過渡。路基的固有頻率與動剛度成正比，但不同剛度斷面之間的固有頻率差值不大。
　　(2)基于經驗模式分解方法、希爾伯特變換等信號處理技術和隨機振動理論，提出了一種利用環(huán)境激勵下路基振動信號識別路基固有頻率的系統(tǒng)方法。利用該方法獲取了相鄰涵-路過渡段典型斷面的路基固有頻率，并與其他方法進行了對比驗證，表明該方法的識別結果可靠且測試方便，識別結果較其他方法更全面。

4、>　　(3)武廣高速鐵路“聯調聯試”期間和正式運營20個月后，先后對試驗工點相鄰涵-路過渡段路基進行了2次大型現場動響應測試。采用經驗模式分解等信號分析方法對測試信號進行預處理，以剔除噪聲干擾及趨勢項，并通過假設檢驗篩選出有效測試結果。在此基礎上，對動響應進行了時域統(tǒng)計、振動頻譜基本特征分析，并利用小波方法獲取振動信號不同頻段的振動能量比，進行路基振動特性的深入分析。具體的分析內容包括:
　?、俾坊鶆禹憫▌討Α⒄駝蛹铀俣?、振動

5、速度、動位移）沿線路縱向的分布規(guī)律;
　?、诼坊C合剛度以及軸重、車速等行車因素對路基動響應、振動能量分布的影響，并結合自振頻率識別結果分析了引起路基振動的主導激振源;
　?、鄱涕g距相鄰涵洞對其間普通路基動響應、振動能量的疊加影響:
　?、軐Ρ确治隽瞬煌坊Y構層動響應、振動能量特征，以上述分析此為基礎評價了過渡設置的實際效果，并對其設計提出建議。
　?、輰纱螠y試的路基動響應、頻譜特征及振動能量分布進行對比，結

6、果表明相鄰涵-路過渡段的穩(wěn)定性、線路縱向的整體平順性良好。根據運營期前后動響應和振動能量的大小、分布與衰減規(guī)律的變化情況，提出了應以路基上、下部結構層剛度的合理匹配為原則進行路基設計。
　　(4)基于路基填料的室內、外參數試驗以及運營期間路基動響應實車測試結果，采用臨界動應力法、有效振速法和動剪應變法對相鄰涵-路過渡段路基進行動力穩(wěn)定性驗算。再結合兩次現場實車測試的動響應及其對比結果、運營期附加沉降監(jiān)測結果分析評價了相鄰涵-路過渡

7、段的長期動力穩(wěn)定性。
　　(5)利用路基填料的室內動力試驗數據，擬合其累積塑性應變與加載次數的關系式并獲取擬合參數:結合基于FLAC3D三維差分軟件所建仿真模型計算的偏動應力結果，計算循環(huán)動載作用下的路基累積塑性變形，并與現場大型疲勞試驗結果進行對比驗證。這種仿真計算和室內動力試驗相結合的思路可為高速鐵路路基的累積塑性變形預測提供參考。
　　(6)建立武廣高速鐵路典型斷面的動力有限元分析模型，模型中基床底層、路基本體采用等效