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道床填料循环累积变形与铁路沉降修复试验研究

孙冬冬  
【摘要】:目前高速铁路在全世界范围内快速发展,随着列车提速和货车载重的提高,对轨道线下结构提出了更高的要求。铁路的线下结构主要由道碴和底碴构成,在列车荷载作用下线路长期强度和变形性能与道碴和底碴两种填筑材料的自身性能直接相关。组成路基的散体材料是整个线路结构中最薄弱、最不稳定的环节,是轨道变形的主要来源。在大周次的列车轮轴运动荷载作用下,高速铁路板式轨道下的道床颗粒料会发生破碎及动力沉陷,有水进入时还可能造成翻浆冒泥,严重时导致轨枕下沉、轨道板翘曲和开裂。高速铁路路基产生过大的沉降,会影响轨道结构的耐久性和列车运行的舒适性和安全性,因此,有必要采取合理的工程措施抬升路基,恢复轨道线路的平顺性。本文对底碴和道碴试样开展了大直径三轴静力加载试验,通过试验总结了级配特性、试样压实度和围压等关键因素对试样强度、变形特性的影响规律。建立了凸多面体离散颗粒单元的离散元分析模型,并通过静力三轴试验验证了该分析模型的合理性。本文还对道碴、底碴以及两者界面区试样进行三轴循环动力加载试验,分析了界面效应对试样动弹性模量和永久累积应变及动力循环加载试验后强度的影响规律。试验发现,与理想的道碴和底碴界面相比,实际界面区在循环荷载作用下的弹性模量偏小,同时永久累积应变也偏小,而且偏小的程度随着围压和压实度增大而减小;动力循环后的静载试验表明界面区试样的强度和道碴试样比较接近,但是低于底碴试样。本文对聚氨酯注浆材料及聚氨酯-级配碎石结合体进行了单轴循环加载和静力破坏试验,得到了两种试样在大周次循环加载作用下变形和力学特性的演化过程,也得出了聚氨酯-级配碎石结合体的静力强度特性。通过全比尺高速铁路无碴轨道路基物理模型试验装置,进行加卸载试验、单点激振试验、模拟列车运行的行车试验和模拟大周次列车运行的疲劳试验,结果表明聚氨酯注浆技术应用到高速铁路无碴轨道路基沉陷的修复(路基抬升)中是可行的,修复后轨道-基床系统的动力稳定性及耐久性基本能满足无碴轨道路基的技术要求。


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