閱讀 3010 次 客運專線土質(zhì)路基無碴軌道基床模型試驗比較

客運專線土質(zhì)路基無碴軌道基床模型試驗比較

馮立臣1，蔣關(guān)魯l，王志猛l，魏永幸2

(1_西南交通大學土木工程學院，成都610031；2鐵道第二勘察設(shè)計院地路處，四川成都610031)

    我國對無碴軌道的研究，以前主要集中在橋隧上，并已取得較為成熟工程應(yīng)用經(jīng)驗。而在土質(zhì)路基上鋪設(shè)無碴軌道的研究尚處于起步階段，可供參考的資料和經(jīng)驗很少，相關(guān)技術(shù)標準，尤其對于路基技術(shù)條件的研究還未開展實質(zhì)性的試驗研究工作。因此，開展客運專線土質(zhì)路基無碴軌道路基基床設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的研究就顯得十分迫切和重要。

    本次模型試驗屬于遂渝線無碴軌道綜合試驗段——“遂渝線無碴軌道線下工程關(guān)鍵技術(shù)研究”課題的的一部分。結(jié)合現(xiàn)場實際，本文設(shè)計了以級配碎石為基床表層，以A、B組填料為基床底層的基床大比例動態(tài)模型試驗，對不同基床表層厚度的基床動力特性進行了試驗比較研究，為土質(zhì)路基無碴軌道基床結(jié)構(gòu)的臺理設(shè)計提供了參考。

1.模型試驗設(shè)計

    本次模型試驗共分3組：第一組為0.4 m基床表層+1 8 m基床底層：第二組為0.3 m基床表層+1 9 m基床底層；第三組為0.3 m基床表層+1 9 nl基床底層降雨后試驗。基床表層填料性質(zhì)為級配碎石；基床底層填料性質(zhì)為A、B組填料(灰?guī)r風化層，屬碎石糞土)．所有填料均取自遂渝線無碴軌道綜合試驗段工地現(xiàn)場。模型尺寸詳見圖l。

    線路縱向按平面應(yīng)變問題考慮．采用鋼板擋墻來模擬其邊界條件。測點布置：為滿足測試分析要求，在不同的位置埋設(shè)了傳感器(動靜土壓力盒、加速度計、動位移計)和沉降板及位移觀測樁等(見圖l，此圖以第一組試驗情況設(shè)計，其余兩組試驗尺寸、儀器布置等與此一致)。

    試驗加載時動輪載力最大值為93 kN(單個動輪載力為46.5 kN)，動荷載通過FCS0118四通道電液伺服協(xié)調(diào)加載試驗系統(tǒng)來施加。

    本次模型試驗共分3組，本文所要討論分析的內(nèi)容的試驗加載條件如下：都為6HZ循環(huán)加載．加載波形都為正弦波，每個波形采點不小于l00點．循環(huán)加載次數(shù)第一組試驗與第一組試驗相同，都為30 x104次，第三組試驗的循環(huán)加載次數(shù)  為5×10次。

2.驗測試結(jié)果分析

    本文主要探討在不同基床表層厚度(0.4 m、0.3 m基床表層)和降雨(0.3 m基床表層)條件下，取代表性位置對動應(yīng)力、動位移及加速度的分布規(guī)律進行比較分析。

    2.1不同試驗條件下動應(yīng)力的分布規(guī)律比較分析

    基床是鐵路路基最重要的關(guān)鍵部位，基床土承受的荷載是列車產(chǎn)生的長期重復的動應(yīng)力．尤其是基床表層所承受的動應(yīng)力更為強烈。本次試驗表明，動應(yīng)力在路基橫斷面方向上呈馬鞍形分布，如圖2所示，正對鋼軌下方值較大．中間和兩端其值較小。從圖2可以得出，在填料分界面處，0.3 m基床表層的動應(yīng)力值要比0.4 m基床表層的大，而0.3 m基床表層降雨后的動應(yīng)力值要比0.3 m基床  表層的大。

    動應(yīng)力沿深度的分布規(guī)律如圖3所示。從圖中可以看出。由于土體的阻尼和擴散作用，動應(yīng)力隨著深度的增加而逐漸減小，在基床表層深度內(nèi)，動應(yīng)力衰減速率較快，基床表層底面的值約為路基面上的值的40％-60％。在基床底層內(nèi)衰減較慢，曲線變化比較平緩。從圖3還可以得出，0.4 m基床表層與0.3 m基床表層相比，在0.3 m深度范圍內(nèi)，動應(yīng)力值基本一致，在0.3 m以下，0.4 in基床表層的動應(yīng)力值要小于0.3 m基床表層對應(yīng)處的動應(yīng)力值，0.3 m基床表層與其降雨后相比，0.3 m基床表層的動應(yīng)力值普遍小于其降雨后對應(yīng)處的動應(yīng)力值。這是由于在0.3 m以下．0.4 m基床表層的動應(yīng)力擴散范圍要比0.3 m基床表層的動應(yīng)力擴散范圍大。因此0.4 m基床表層的動應(yīng)力值要小于0.3 m基床表層對應(yīng)處的動應(yīng)力值：而0.3 m基床表層降雨后其內(nèi)摩擦角減小，其應(yīng)力擴散角也相應(yīng)減小．也就是承擔應(yīng)力的土體范圍減小．這就導致作用在單位土體上的應(yīng)力必然增大。因此0.3 m基床表層的動應(yīng)力值普遍要小于其降雨后對應(yīng)處的動應(yīng)力值。

    2.2不同試驗蒂件T加速度、動住移的分布規(guī)律比較分析

    加速度和動位移在路基橫斷面方向上的分布規(guī)律如圖4和圖5圖所示。從圖中也可以看出，不論是加速度還是動位移，都呈馬鞍形分布。加速度和動位移在深度方向的變化規(guī)律也是逐漸減小的，如圖6和圖7所示。且在基床表層范圍內(nèi)衰減逮率較快，在基床底層內(nèi)衰減較慢。這與動應(yīng)力的分布規(guī)律是一致的。

3.結(jié)論

    (1)動應(yīng)力、動位移及加速度在基床表層范圍內(nèi)表現(xiàn)最為強烈，且衰減速率較快；在基床底層范圍內(nèi)其值較小，衰減速率較緩慢。

    (2)0.4 m基床表層與0.3 m基床表層相比．在0.3m探度范圍內(nèi)，動應(yīng)力值基本一致，在0.3 m以下，0.4 m基床表層的動應(yīng)力值要小于0.3 m基床表層對應(yīng)處的動應(yīng)力值。0.3 m基床表層與其降雨后相比，0.3 m基床表層的動應(yīng)力值要普遍小于其降雨后對應(yīng)處的動應(yīng)力值。因此，在其它條件不變的情況下，采用優(yōu)質(zhì)填料填筑基床表層；適當增加基床表層厚度；保證碾壓施工質(zhì)量，都可以減小基床底層中的動應(yīng)力值．以確保擴散到基床底層中的動應(yīng)力不會超過基床底層土的容許承載能力。基床侵水后．動應(yīng)力值普遍增大，因此，應(yīng)充分考慮路基的防排水。

    (3)不同基床表屋厚度及降雨條件下，動位移和加速度的變化規(guī)律與動應(yīng)力的變化規(guī)律是一致的。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)