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季节性冻土地区高速铁路路基变形和动力响应分析
| 论文题名： | 季节性冻土地区高速铁路路基变形和动力响应分析 |
| 关键词： | 高速铁路;路基变形;季节性冻土;冻融循环;动力荷载;桩板结构 |
| 摘要： | 近年来，我国高速铁路迅猛发展、多点布局、建设地域广泛。高铁路基作为高铁行车的基础，其稳定性成为了影响高铁行车安全和运维效益的关键问题。因此，研究包括冻土地区在内的不同地域的高速铁路路基变形及其列车荷载动力响应的演变规律对保障高铁行车安全至关重要。 以季节性冻土地区哈大高铁无砟轨道路基为研究对象，基于土的动力学和热力学相关理论，采用PLAXIS有限元软件提供的HSS小应变土体硬化理论建立二维和三维路基模型，论文主要开展了路基体的THM（水热力耦合）数值仿真及其动力响应分析，研究了高铁路基变形及动力响应的演化规律。论文主要研究工作和结论如下： （1）采用PLAXIS2D软件，建立季节性冻土区高铁路基热力耦合分析模型，论文重点研究分析了季节周期和冻融条件下季冻区路基变形的演化规律及路基动变形时空分布。研究结果表明：夏冬交替过程中，路基经历夏季的固结后会发生显著的沉降，但冬季地基和路基冻结引起的冻胀效应减缓了固结沉降速度，甚至可产生冻胀隆起。春季融沉开始后，路基土体的强度下降导致融沉速度显著增加。列车动荷载条件下路基在冻结和融化两种状态呈现明显的残余变形差异。冻结状态路基和地基的基床系数远大于融化状态，两种状态下的路基面动变形均在0.2s左右达到沉降峰值后动态稳定。 （2）结合季节性冻土路基冻结和融化状态路基的变形特点，建立了季冻区高速铁路不平顺路基PLAXIS3D模型，研究了列车动荷载在不平顺路基上的动应力和动变形的变化规律，结果表明：局部冻胀融沉使轨道结构的动应力增加，动应力沿高度衰减的规律与平顺路基较为相似，但在路基体的应力分布上出现了应力集中现象，同时路基动应力与列车速度成正相关。路基表面与底座板顶面发生一定的脱开，路基面的最终动变形近似为不均匀沉降值与平顺路基的动变形值相叠加，但列车速度的增加会引起路基面动变形的增加。 （3）本文研究了一种新型EPS缓冲型桩板结构，建立了PLAXIS2D数值模型对有、无该结构的季冻区高速铁路路基进行了对比分析，评价EPS缓冲型桩板结构在缓解路基冻融变形和动变形上的效果。结果表明：EPS缓冲型桩板结构可以较好的抑制路基在夏季融化状态时的融沉效应和冬季冻结状态时的冻胀效应，同时可以减小冻结和融化状态时列车荷载引起的路基面的动变形。 |
| 作者： | 葛凤凯 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 陈曦 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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