超浅层铁路路基状态拟模态试验研究

摘要

基本不影响正常运营的路基在线加固和在线检测评估对于铁路系统维护意义重大。利用弹性波频响曲线变化特征检测路基状态具有工作效率高，可获得介质动力学参数等优点，是评价路基状态及加固施工效果的新方法，对于其理论依据和实际工作效果都需要有针对性的研究。
　　 本文从拟模态概念出发，概述了拟模态试验分析和数值模拟中所使用的交错网格有限差分算法的基本理论。参照铁路路基结构及典型病害特征，构建了正常状态和含软弱夹层的非桥涵铁路路基模型，分别利用场地抗震评价理论中的分层土自振频率公式和基于弹性波全波波场的正演模拟记录，计算了不同状态下路基结构的自振频率和频响特征曲线，计算结果表明含浅部软弱夹层的路基相比正常路基，其主频向低频方向移动。
　　 弹性波勘探系统为在铁路道碴面上直接进行路基质量检测提供保障。借助该系统，在朔黄铁路某工区完成了重载铁路软弱路基加固前后原位弹性波测试，其频响曲线变化特征与所获得地震映像剖面相符合，进一步证明了前文所述规律的存在。在常规地震勘探和探地雷达难以对超浅层路基结构进行评估时，基于路基状态频响特性分析的技术是一种可以尝试的技术手段。
　　 论文课题来源于国家高技术研究发展计划(863计划项目编号:2009AA11Z101)子课题七——“路基状态连续检测技术”。从弹性波动力学角度对铁路路基病害检测工作进行了研究，丰富了铁路路基检测评估的思路，为拟模态理论实践应用提供了支持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景介绍

1．2 铁路路基病害及检测技术的国内外研究现状

1．2．1 铁路路基结构及病害基本情况

1．2．2 铁路路基状态检测技术应用现状

1．2．3 超浅层地震勘探技术研究现状

1．3 本文研究内容和创新点

第二章 拟模态试验分析与有限差分数值模拟基本原理

2．1 拟模态试验分析理论基本原理

2．1．1 拟模态概念与特征

2．1．2 弹性波拟模态响应的有效激励与接收

2．1．3 弹性波拟模态响应的处理与解释

2．2 有限差分数值模拟基本原理

2．2．1 交错网格的基本原理

2．2．2 一阶速度-应力方程的差分近似

2．2．3 稳定性条件

2．2．4 边界条件

2．2．5 震源函数

2．2．6 初始条件

2．3 小结

第三章 分层结构路基状态拟模态响应研究

3．1 路基结构模型

3．1．1 正常状态下铁路路基模型参数

3．1．2 路基下沉病害特征

3．2 数值模拟计算结果

3．3 铁路路基模型自振频率

3．3．1 传递矩阵法

3．3．2 自振频率计算结果

3．4 计算结果综合分析

3．5 小结

第四章 铁路路基原位测试实例

4．1 工区路基地质概况及在线加固手段

4．2 仪器及测线设计

4．2．1 仪器设备

4．2．2 手动机械式冲击震源

4．2．3 压电式加速度检波器

4．2．4 测线布置

4．3 路基状态检测结果分析

4．4 小结

第五章 结论和建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果