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原文传递静、动荷载下土工格栅加筋道砟力学特性的研究

论文题名：	静、动荷载下土工格栅加筋道砟力学特性的研究
关键词：	土工格栅加筋道砟;静荷载;动荷载;力学特性;沉降量
摘要：	土工格栅作为一种提高散粒体抗剪强度的加筋材料，可以有效降低有砟轨道的沉降，约束道床侧向的位移，增强道床的稳定性。本文首先通过自制大尺寸拉拔试验箱进行了一系列静荷载作用下的单、双层土工格栅拉拔试验，研究了铺设深度、铺设方案和边界条件对格栅加筋性能的影响，并对各类试验工况进行了离散元数值模拟和细观分析。然后通过建立单轨枕道砟箱模型，研究了动荷载作用下边界条件对道砟沉降的影响；通过既有室内试验建立有砟道床复合单元模型，研究了动荷载作用下路基刚度、铺设格栅和边界条件对道砟沉降的影响。主要结论如下：　　(1)单、双层格栅拉拔试验及模拟结果表明：单层格栅最佳铺设深度为300mm；双层格栅最佳铺设深度组合为200-300mm，对应的双层加固效率系数达到最大值。拉拔过程中格栅与颗粒间会形成拱形应力链，格栅与颗粒的接触力逐渐向拉拔方向集中。在拉拔过程中模型的体积变量随格栅铺设深度而改变，格栅的铺设深度越小，模型体积变量越大。试验与模拟中将格栅侧边节点处设置约束后，拉拔过程中格栅拉拔阻力峰值以及拉拔阻力增长速率略有提升，这表明实际工程中格栅在侧边约束状态下，其加筋性能会更强。　　(2)双层格栅铺设单层格栅拉拔的试验与模拟结果均表明：在双层拉拔中设置一层静置层格栅无法提高拉拔层的拉拔阻力，静置层格栅处于一种失效状态，表明双层格栅共同加固道砟颗粒时才能发挥双层格栅铺设时的联合加固效应。　　(3)不同边界条件的道砟箱模型在循环荷载作用下的模拟结果表明：不同边界条件下模型对颗粒的约束能力存在差异。相较于刚性墙边界，周期边界与文克勒弹性路基边界下的轨枕沉降量增大、模型弹性模量减小，其中周期边界下的侧向接触力矢量分布范围增加，侧向接触力减小了41%，模型中侧边区域颗粒的位移大于刚性墙边界模型，表明周期边界处道砟颗粒存在咬合作用且运动方向不受限；文克勒边界下的侧向接触力矢量分布范围变化不明显，侧向接触力增加了19%。在道砟箱模型中设置格栅可有效加固格栅颗粒、分散上部荷载和减少轨枕沉降量。侧向约束作用下的周期格栅可以体现出土工格栅的膜作用，周期格栅相较于非周期格栅更接近于格栅的真实受力状态。　　(4)循环荷载作用下，道床复合单元试验(CET)及模拟结果表明：路基刚度越大，路基层承受的压载力越大，随着路基刚度减小，上部荷载可以更均匀的传递至底部，轨枕沉降量随之减小。铺设格栅可以有效约束道砟颗粒，分散上部荷载从而降低模型底部竖向接触力，从而降低轨枕沉降量，并且在软路基下的格栅加筋性能优于硬路基下的加筋性能。在有侧限的CET模型中，部分上部荷载向两侧传递，从而降低模型底面受力，并且道砟颗粒受刚性墙约束难以发生位移。因此，有侧限的CET模型的轨枕沉降量显著低于无侧限的CET模型。
作者：	汪伦
专业：	汪伦
导师：	陈成
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022