重载铁路路基基床应力分析及设计方法研究

重载铁路路基基床应力分析及设计方法研究我国重载铁路路基基床应力分析主要采用Boussinesq理论计算方法,对荷载分担作用系数研究不足,没有系统总结过25t~40t轴重作用下路基内应力分布的情况。

《重载铁路设计规范》(TB 10625-2017)采用强度控制准则制定了重载路基基床结构相关标准,但仍有优化扩展的空间。

通过对重载铁路路基基床应力分析及设计方法的研究,系统总结梳理路基内应力分布状态,提出适用于重载铁路路基结构设计方法的优化建议,对提升我国重载铁路路基基床结构设计水平具有重要意义。

采用国内外资料调研、室内试验、实尺模型试验、有限元数值计算分析和理论分析等手段,研究不同参数对路基内应力分布规律影响,对重载铁路路基基床设计方法进行深入研究探讨。

主要研究成果如下:1、我国《重载铁路设计规范》路基基床设计标准较他国严格。

美国、澳大利亚、南非等国具有各自成熟的标准体系,大多采用强度控制准则设计,普遍强化基床表层,填料类型规定基本一致,压实度方面我国规范要求较严格,检验指标较多,但国外对CBR的要求较我国严格。

2、系统总结了路基内应力分布与车辆参数、轨道结构参数、基床参数的关系。

有限元仿真计算与Odemark当量理论及Boussinesq理论计算结果差别小于5%,基本符合实测的无量纲应力衰减曲线;车辆轴重等参数对路基内应力影响较大,25t轴重与40t轴重路基面应力相差43.9kPa,涨幅基本成线性关系;轨道结构状态变化对路基内应力分布影响较大,40t轴重条件下可造成路基面应力幅值最大66.8kPa的增加,路基面应力极限值是常遇值的1.29倍;道床软化到小于基床表层模量的状态对路基面应力增大影响明显,路基面应力增加9kPa;基床模量变化对路基内应力分布影响不明显。

3、从基床破坏模式展开讨论,深入分析了基于强度控制和应变控制的基床设计方法。

建议重载铁路路基基床表层采用强度控制准则,基床总厚度即基床底层厚度采用应变控制方法确定,35t~40t重载铁路路基基床表层0.8m,底层厚度视填料性能而定,平均设计2.7m,最低设计0.7m。

4、提出了高强改良土路基结构和泡沫轻质土路桥过渡段结构,进行了实尺模型试验验证。

高强改良土路基结构采用0.3m级配碎石0.5m高强改良土充当基床表层。

泡沫轻质土路桥过渡段结构基床表层采用0.7m厚级配碎石,0.2m两布一膜砂垫层,基床底层2.6m泡沫轻质土。

实尺模型试验表明,路基内应力分布规律与仿真分析基本一致,动变形和累积塑性变形均较小,整体结构形式合理。