湿陷性黄土路段高速列车运行下灰土挤密桩路基的动态响应研究

摘要

本文结合西宝客运专线杨陵南站的工程背景,搜集到该段灰土挤密桩复合地基沉降观测资料,运用复合模量法、分层总和法和换算土柱法进行理论计算,借助有限元软件ABAQUS建立与现场尺寸一致的预压静载模型和无砟轨道模型,并以人工激励法模拟列车动荷载。在此基础上,本文对列车荷载作用下灰土挤密桩复合地基沉降和动力衰减特性进行了相关分析,主要研究成果如下:
　　1.路基的位移沉降和动荷载衰减规律不因车速、路堑厚度、桩长、桩径和桩间距的变化而变化:以无砟轨道为中心,沿着深度方向和水平向递减。
　　2.时速300km/h的列车荷载作用下:路基中心是高铁荷载传播的主要位置,复合地基位移呈蝶形沉降;竖向速度最大值出现在无砟轨道以及路堑上半段,大小约为4.76mm/s;列车荷载在路堑段的衰减速率小于在复合地基段的衰减速率。
　　3.列车时速变化:存在着一个临界车速。小于临界车速时,车速增加路基的沉降变大;大于临界车速时,车速增加,路基沉降减小;湿陷性黄土地段灰土挤密桩复合地基的临界车速应该在300km/h到350km/h之间;列车时速提升使列车荷载在路基中的传播范围扩大,列车荷载的衰减速率减小;列车时速由300km/h提升至350km/h的过程中,竖向速度的衰减幅度明显大于列车时速从200km/h提升至300km/h的过程。
　　4.时速不变(300km/h),不同路堑厚度时:路堑厚度增加,桩与桩间土的相对位移减小,列车荷载在路基中传播范围扩大,路堑顶面以下列车动荷载的作用变小,且动荷载的衰减速率沿深度方向变大。
　　5.时速不变(300km/h),不同桩体长度时:桩体长度增加,桩顶和桩间土沉降减小且减小幅度呈递减趋势,整个路堤的位移沉降减小,但减小的幅度并不大,因此铁路复合路基施工时,切勿盲目的增加桩体长度来降低路基的沉降。
　　6.时速不变(300km/h),不同桩径和桩间距时:桩径和桩间距变小,桩顶和桩间土的沉降差值减小;桩间距不变,桩径增大,整个路基的沉降减小;桩径大桩数少的挤密效果要低于桩径小桩数多的挤密效果;路堑段,桩径和桩间距减小可以有效的降低列车荷载的动态响应;复合地基段,则对列车荷载的动态响应影响不大。

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1. 绪论

1.1研究背景与研究意义

1.2列车荷载研究现状

1.3灰土挤密桩复合地基理论基础

1.4本文的研究内容及研究方法

2. 杨陵南站湿陷性黄土试验段路基沉降的理论公式计算

2.1西宝客运专线概况

2.2西宝客运专线杨陵南站试验段工程概况

2.3灰土挤密桩复合地基沉降计算

2.4实测沉降数据分析

2.5理论计算结果与实测数据对比分析

2.6本章小结

3. 湿陷性黄土路段高铁路基静载沉降试验仿真模拟

3.1概述

3.2ABAQUS简介

3.3模型建立

3.4 数值模拟结果分析

3.5 实测沉降数据与数值模拟计算结果对比分析

3.6 本章小结

4. 列车荷载作用下湿陷性黄土路段复合路基的动态响应研究

4.1 路基动力计算有限元模型的建立与计算

4.2 特定条件下湿陷性黄土路段高铁路基的数值模拟计算结果分析

4.3 不同车速时灰土挤密桩复合路基的沉降和动力衰减特性分析

4.4 本章小结

5. 不同路基参数时湿陷性黄土路段灰土挤密桩复合路基的动

5.1 不同路堑厚度时复合路基沉降和动力衰减特性分析

5.2 不同桩长时复合路基沉降和动力衰减特性分析

5.3 不同桩径和桩间距时复合路基沉降和动力衰减特性分析

5.4 本章小结

6. 结论与展望

6.1 本文的主要结论

6.2本文创新点

6.3后续工作的展望

致谢

参考文献