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原文传递深季节冻土区列车荷载下路基振动响应特性与永久变形研究

论文题名：	深季节冻土区列车荷载下路基振动响应特性与永久变形研究
关键词：	深季节冻土区;列车荷载;振动响应;永久变形;冻融循环
摘要：	我国现有三分之二以上干线铁路交通位于季节冻土区，受季节冻土区铁路路基冻融状态的影响，季节冻土区列车行驶引起路基振动响应特性较复杂。实践与研究结果表明，在季节冻土区，当冻结深度达到0.5 m时便对工程有重要影响，而冻结深度达到1.0 m则对工程有严重影响。鉴于此，本文以我国东北典型深季节冻土区铁路路基冻融病害防治为应用背景，对列车荷载作用下冻融土的动力性能与主要影响因素、列车行驶引起季节性冻胀路基振动响应特性与主要影响因素、列车行驶长期反复振动下季节性冻胀路基变形特点与主要影响因素等关键问题进行了基础性研究，主要研究内容与取得的成果如下。　　(1)为研究深季节冻土区铁路路基在不同冻结时期振动特性，进行了深季节冻土区铁路路基完整冻融循环（冻结期，春融期，正常期）的列车行驶路基振动响应现场监测，揭示了不同季节与冻融状态下路基振动响应特性、振动衰减规律，并据此研究了列车类型、载重、行驶速度、冻融状态、振动方向等因素对路基振动幅频特性的影响。　　(2)采用室内低温动三轴试验方法，针对不同负温、加载频率、反复冻融条件设计室内试验工况，深入系统研究了典型深季节冻土区铁路路路基冻结粉质粘土的动力本构关系、动剪切模量、阻尼比及其主要影响因素。研究表明，冻土、融土动应力－应变关系受温度、冻融循环次数与加载频率等因素影响，动剪切模量倒数与动应变之间具有明显的线性关系，表明此路基粉质粘土动应力－应变关系附合双曲线模型。　　(3)通过Python语言编写程序，实现了应用ABAQUS软件参数化建立包括轨枕－道床－路基－场地的铁路路基三维无限元边界计算模型。基于典型季节冻土区铁路路基，建立考虑相变的三维路基温度场计算模型。根据大庆地区地表温度统计值，且考虑到地温升高趋势，预测哈尔滨－满洲里铁路路基建立至今温度场时空分布。采用课题组自编程序计算得到的列车动荷载作为轨枕作用力输入，将数值计算的稳态温度场结果作为初始条件加到路基计算模型中，实现温度场与应力场的耦合，并对计算结果进行验证。　　(4)应用季节冻土区铁路路基三维有限元模型，分析不同冻结期列车行驶引起铁路路基内部及周围环境的振动响应特性。对列车荷载作用下，路基的动应力、加速度幅频特性及幅值衰减规律等进行了深入研究。通过设定不同工况，分析列车类型、行驶速度、列车编组和轨道不平顺谱等对路基动力响应特性的影响。　　(5)基于冻土融土的静三轴固结不排水压缩试验和动三轴永久应变试验，建立了高寒深季节冻土区长期列车荷载下路基永久变形预测模型，并结合路基振动响应的三维动力有限元数值模拟分析，研究了不同季节与冻融状态下列车类型、轴重、速度与冻层厚度等因素对路基永久变形的影响。
作者：	王子玉
专业：	岩土工程
导师：	凌贤长
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文