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原文传递高速铁路无砟轨道红黏土路基动力稳定性研究

论文题名：	高速铁路无砟轨道红黏土路基动力稳定性研究
关键词：	临界动应力;动力稳定性;换填厚度;累积塑性应变模型;高速铁路;无砟轨道;红黏土路基
摘要：	本文结合国家自然科学基金项目“客运专线无砟轨道红黏土地基变形特性及动力稳定性研究”(编号：50778180)、铁道部科技研究开发计划课题“武广客运专线灰岩残积层红黏土变形特性及路堑边坡稳定性试验研究”(编号：2005K002-B-2)等重大课题，依托武广高速铁路无砟轨道红黏土路堑基床分项工程，采用室内动力试验、现场动力响应测试、理论分析和数值计算等手段，对石灰岩类原状结构红黏土动力特性、无砟轨道路堑基床动力稳定性及其换填厚度等问题开展了系统的研究，主要工作如下：　　 (1)基于室内常规动三轴试验，研究了不同试验条件下原状结构红黏土的动本构关系、动弹模量、动强度特性，探讨了围压、固结比、含水比等因素对它们的影响规律。试验研究表明，原状结构红黏土动本构关系可用R.L.Kondner双曲线模型描述；动弹模量随动应变的增大非线性减小，具有明显的应变软化特征；给出了动本构双曲线模型参数、动弹模量衰减模型及相应的拟合参数。　　 (2)通过室内自振柱试验及结果分析，得到了不同围压下原状结构红黏土归一化动剪模量、阻尼比随动剪应变的变化曲线，给出了红黏土Davidenkov模型参数、阻尼比经验公式及其相应的拟合参数。围压对动剪模量、阻尼比的影响随动剪应变水平的增大而不同：低剪应变水平下，动剪模量随围压的增大而增大，阻尼比随围压的增大而减小；高剪应变水平下，动剪模量随围压的增大而减小，阻尼比随围压的增大而增大。　　 (3)基于国外剪应变控制式共振柱试验仪测定土体动剪应变门槛试验技术的基本原理，利用改造后的应力控制式动三轴仪代替目前国内尚无的剪应变控制式共振柱仪测定土体动剪应变门槛，提出了一套完整的试验方案及数据处理方法，为动剪应变门槛的确定开辟了新的试验途径。对比分析表明，本文提出的试验技术足可行的。　　 (4)基于本文提出的应力控制式短时及疲劳动三轴试验技术，获得了不同试验条件下原状结构红黏土短时及疲劳动剪应变门槛，为红黏土路基动力稳定性评价提供所需参数。探讨了含水比、围压、固结比等因素的影响，给出了方便实用的短时动剪应变门槛γtvS、疲劳动剪应变门槛γtvL的经验公式；数据分析发现，二者满足关系式γtvL≈(0.2-0.3)γtvS。以上三个经验公式的提出为原状结构红黏土短时及疲劳动剪应变门槛的确定提供了新的经验方法。　　 (5)通过试验数据分析，揭示了原状结构红黏土累积塑性应变εp与振次N的非线性走势特征：随动应力幅值的增大，依次出现稳定型、临界型、破坏型三类εp-lgN曲线。确定了不同试验条件下原状结构红黏土临界动应力范围及其简单实用的经验公式，为红黏土地基动力稳定性评价提供了必要的稳定性参数，同时为原状结构红黏土强度疲劳特性的深入研究积累了宝贵的资料。　　 (6)针对原状结构红黏土稳定型εp-lgN曲线累积塑性应变收敛的特点，提出了新的累积塑性应变数学模型。与经典的发散性对数函数模型比较，该模型具有收敛性，能更好地模拟稳定型曲线的变化规律。新模型的提出为原状结构红黏土变形疲劳特性的深入研究提供了重要的理论研究基础。　　 (7)基于经典的破坏型εp-lgN曲线指数函数模型，对不同试验条件下原状结构红黏土破坏型试验曲线进行拟合分析，得到了相应的参数。同时考虑动应力比、含水比、围压、固结比四个因素的的影响，给出了该指数函数模型中各参数的拟合公式。　　 (8)通过武广高速铁路无砟轨道红黏土路堑基床的动力响应测试与分析，获得了振动速度、振动加速度、动应变、动应力在竖向及横向测试断面上的变化规律。基于对比分析，得到了无砟轨道路堑基床不同于有砟轨道的动力响应特征：无砟轨道路基动力响应小于有砟轨道，且无砟轨道下动力响应衰减速率慢，影响深度大，测试数据离散性小。在工程应用上，应将无砟轨道基床厚度适当增大。　　 (9)通过有限元数值计算，获得了武广高速铁路无砟轨道路堑基床竖向及横向断面上动力响应变化规律。计算结果与实测结果对比分析表明，二者基本吻合。这一结果使得实测结果和计算结果二者的正确合理性得到了相互验证。　　 (10)基于室内动力试验及现场动力响应测试结果，同时采用临界动应力法、有效振速法、动剪应变法评价了武广高速铁路无砟轨道路堑基床的动力稳定性，且从动力稳定性角度给出了便于工程应用的基床换填厚度建议值。对比分析表明，动剪应变法是评价高速铁路无砟轨道路基动力稳定性的最优方法。这一思路为高速铁路路肇动力稳定性评价及基床换填厚度的确定开辟了新的途径。
作者：	刘晓红
专业：	岩土工程
导师：	杨果林
授予学位：	博士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文