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原文传递深季节冻土地区列车行驶振动模拟与路基振动反应分析

论文题名：	深季节冻土地区列车行驶振动模拟与路基振动反应分析
关键词：	深季节冻土地区;列车行驶;振动荷载;路基振动反应
摘要：	深季节冻土区列车行驶振动荷载和路基振动反应的研究工作在国内外均开展不多。我国为世界第三冻土大国，其中季节冻土分布面积达5.14×106m2，而对工程有重要影响冻深超过0.5m的季节冻土面积4.46×106km2、冻深超过1.5m的深季节冻土面积3.67×106km2，加之因气候变暖引起2.15×106km2多年冻土退融而使深季节冻土区继续扩大，东北即属于典型深季节冻土大面积分布地区。在这些地区广泛分布着各种铁路干线和铁路支线，在未来这些地区还将不断的推进高速铁路和重载铁路的建设。然而，在已有的铁路线路上，由于季节冻融作用而引起的铁路路基病害频发，且呈现出难以治理的局面。究其原因，现有研究对与列车荷载作用下季节性冻土路基振动反应机理和规律的还不能满足现有工程的需要。特别是对于高速列车和重载列车路基，这个问题将更加严重。鉴于此，本文以冻害频发的京哈铁路哈尔滨至王岗段为工程背景，通过数值模拟的方法，研究了影响列车行驶振动荷载和路基的振动反应规律，具体的研究内容、研究方法和相应的成果如下：　　1.通过正常期现场剪切波速试验，获得了京—哈铁路K1229+135处路基以及地基的土层结构，由此获得了各个土层的基本动力学参数。并通过分析，了解到现有路基的结构所存在的问题。并为建立数值模型进行分析做好基础工作。　　2.基于列车—轨道垂向耦合动力学模型[68]，发展了考虑路基土层参振效应的列车—轨道—路基垂向耦合动力学模型。考虑到季节性冻土地区土层分布的特殊性，将参振土层分为两层，通过调整土层参数来代表冻结层或融化层。通过对动力仿真程序ZL-TNTLM的升级改造，实现了列车—轨道—路基垂向耦合动力学模型的程序化。并通过京哈铁路现场监测结果与程序仿真结果进行了对比，验证了该计算程序的正确性。　　3.利用升级后的动力仿真程序ZL-TNTLM进行了不同工况下列车行驶振动荷载的模拟，分析了不同行驶速度、不同车型、不同轴重、路基不同的冻融状态对列车行驶振动荷载的影响规律，初步讨论了路基由于沿线路方向的不均匀冻胀或融沉引起的路基刚度不平顺对轨道振动反应的影响。发现行车速度、列车车型和列车轴重对列车行驶振动荷载均有较大影响，但是路基冻融状态的影响不大。路基刚度不平顺影响较大，但未能实现精准的模拟。　　4.根据现场剪切波速试验所得到的京—哈铁路K1229+135的路基土层结构，建立有限元模型，利用有限元程序ZL-RNTLM进行了计算分析，研究了路基病害较为严重的春融期列车行驶振动荷载作用下动压应力、动静应力比的分布规律。发现路基土体动压应力与列车振动荷载具有相关性。动压应力与动静应力比沿着路基深度总体上均呈减小规律。　　5.利用有限元程序ZL-RNTLM分别进行了不同行车速度、不同列车车型、不同列车轴重、不同的路基冻融状态、不同路堤高度、不同路堑深度、不同冻土层厚度和不同融土层厚度各种工况条件下的数值计算分析，研究了上述各种影响因素对路基振动反应的影响规律。研究结果发现，行车速度、列车车型、列车轴重、路基冻融状态、冻土和融土层厚度对动压应力和动静应力比的分布均具有较明显的影响，但是路堤高度和路堑深度对其分布影响不大。　　本论文的研究成果，对于加深季节性冻土地区列车行驶路基振动反应规律的理解，深化季节性冻土地区列车行驶路基振动反应机理认识等方面具有一定的帮助。基于此为既有铁路路基病害治理和新建铁路修建技术提供合理的工程建议。
作者：	李琼林
专业：	建筑与土木工程
导师：	凌贤长
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文