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原文传递高速铁路路堑岩质边坡的动态响应及稳定性研究

论文题名：	高速铁路路堑岩质边坡的动态响应及稳定性研究
关键词：	高速铁路;岩质边坡;边坡动态响应;边坡稳定性;振动荷载
摘要：	随着铁路现代化的发展，高速重载铁路运输势在必行。提高列车运行速度和增加牵引重量将不可避免地增大列车振动强度，列车运行所产生的环境振动影响越来越受到业内人士的关注。高速铁路岩质边坡不仅地质环境复杂，而且将受到长期的高速列车振动影响。因此，在滑坡治理、边坡设计及稳定性评价等工程实践中，如何考虑列车振动荷载影响，已经成为山区高速铁路建设中的一个重要课题。本文在总结国内外轨道系统计算模型、列车振动荷载模型、铁路环境振动响应等方面已有研究成果的基础上，采用理论分析、现场试验、数值模拟相结合的研究方法，对高速列车振动荷载作用下岩质边坡的动态响应及边坡稳定性进行了研究，并取得如下主要成果和结论： 1.对铁路岩质边坡的特点、边坡稳定性分析基本方法、影响铁路岩质边坡稳定性的因素等方面进行了理论分析；在总结前人研究成果的基础上，对如何建立边坡稳定性分析的地质模型、破坏模型及数学力学模型等进行了研究。 2.通过对边坡岩体非线性、弹塑性本构模型的分析和评价，构造出了用于有限元计算的边坡岩体弹塑性本构模型；并根据室内(外)岩石力学试验及国内外相关岩石(体)动力特性研究成果，研究了边坡岩体的动弹塑性本构关系。 3.通过对轨道结构模型、机车车辆模型的比较和评价，分析了车辆－轨道耦合系统建模的一般原则，并对车辆－轨道垂向耦合动力分析模型的基本特征进行了研究。根据秦－沈客运专线车辆的结构形式、悬挂特性及轨道结构特点，建立了具有两系悬挂的(客车)车辆一(有碴)轨道垂向统一模型；应用DAlembert原理确立了轮轨系统各部分的振动微分方程，基于建立的车辆－轨道垂向系统动力分析模型和振动微分方程的数值积分方法，研制了轮轨系统动力分析计算程序。 4.采用研制的动力分析程序，对轨道随机不平顺激励下的车辆、轨道相互作用动力响应进行了数值计算，并通过数值模拟结果与现场试验工点的实测数据的对比分析，验证了车辆－轨道垂向耦合动力分析模型的有效性。 5.应用振动反分析和有限元理论，提出了计算高速铁路振动荷载时程的有限元动力反分析方法。针对高速铁路列车动载特点，建立了高速列车竖向振动荷载计算模型。采用现场实测数据与模型分析结果进行对比的方法，即根据秦－沈客运专线实测振动位移、速度和加速度反求列车竖向振动荷载，并与相应的实测振动荷载进行对比分析，效验了高速铁路竖向振动荷载动力反分析有限元模型的有效性。 6.根据高速铁路振动荷载计算模型和动力反分析有限元法，研制了相应的计算程序。以现场实测振动位移、速度和加速度作为输入值，正确选取模型参数、边界条件和计算范围，计算了秦－沈客运专线路堑段不同列车运行速度下的列车竖向振动荷载时程。为进一步分析高速铁路振动荷载作用下路基及周围环境的动态响应打下了基础。 7.结合列车竖向振动荷载模型、边坡岩体弹塑性本构模型及岩质边坡系统计算模型，对常用数值计算方法进行了分析比较，并研制了相应的动力有限元计算程序，对高速列车振动荷载作用下岩质边坡的动态响应及边坡稳定性进行了研究。通过实例分析，主要研究了列车运行速度对岩质边坡动态响应及边坡稳定系数的影响程度。为高速铁路岩质边坡的设计和加固提供了理论依据。
作者：	金亮星
专业：	道路与铁道工程
导师：	刘宝琛;张家生
授予学位：	博士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文