深季节冻土区列车行驶路基振动数值模拟研究

分析大庆深季节冻土区铁路路基的冬季现场加速度监测结果,获得了列车经过时铁路路基冻结地表振动加速度的时程特性及其衰减规律,并运用动力有限元方法进行了动力响应分析。研究结果表明：①随着列车行驶速度的增大,路基振动加速度亦增大,且重载货车振动响应大于高速客车;②列车行驶引起的路基振动加速度幅值,随着距线路中心距离的增加而迅速衰减;③应用有限元方法分析列车行驶路基振动特性是可行的。本文为研究深季节冻土区铁路路基振动特性提供了一种分析方法,对加深了解深季节冻土区铁路路基振动特性具有重要意义。     

青藏铁路高温多年冻土区列车行驶路基长期永久变形数值模拟研究

基于动三轴试验建立的冻结、融化状态青藏铁路粉质黏土的累积塑性应变模型,考虑路基土体动应力的作用,二次开发适用于青藏铁路高温极不稳定多年冻土区路基长期永久变形的蠕变法则,并在既有的黏弹塑性本构模型将其引入,计算列车荷载作用下青藏铁路路基的永久变形。分析结果显示：（1）列车荷载作用下距离路基顶面不同埋深土体的累积动力永久应变随着等效振次的增加而增加,并且先期的增长速度较快,最终趋于稳定,长期沉降在路基中心处最大,最终在路基距离轨道最远处几乎为零;（2）随着列车速度的增加,路基中心永久变形逐渐增大;（3）随着列车轴重的增加,路基中心永久变形逐渐增大,并且随着埋深的增加,列车轴重对路基永久变形的影响逐渐变小;（4）随着冻结深度的增加,路基表面累积塑性变形呈降低趋势;随着融化深度的增加,路基表面累积永久变形增加。     

多年冻土区青藏铁路列车荷载作用下路基振动响应研究

针对多年冻土区青藏铁路列车荷载振动作用下的动稳定性,通过对北麓河和二道沟三个典型铁路路基横断面振动响应的二分量加速度观测,对比分析客运列车和货运列车引起的路基振动特性和衰减规律,研究不同防护形式路基的列车振动响应。结果表明,路基上的振动作用主要集中在40～80Hz频率范围内;防护形式对路基的列车动力响应有明显影响,热棒加碎石路基动力响应最小,其次为碎石防护路基,未采取任何防护的路基铁轨上的动力响应最大,建议对未采取防护的路基进行防护。分析结论为青藏铁路列车作用下的路基动稳定性评估提供实测依据,对多年冻土区的路基稳定性研究提供参考。     

季节冻土区土钉支护边坡地震反应动力特性分析

为了更科学地评价地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的抗震性能，基于热-动力理论控制方程，应用大型非线性有限元软件ABAQUS，建立带有黏弹性人工边界的地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的数值模型，对比分析夏季和冬季这两个典型季节时的加速度响应、位移响应以及土钉轴力响应。结果表明：无论是夏季还是冬季，加速度峰值随着季节冻土边坡高程以及激振加速度峰值增加而增加，在夏季时刻的季节冻土边坡坡顶位置处达到最大。此外，在不同地震波峰值加速度作用下，相同位置处的位移响应峰值却有明显的不同，同一地震烈度地震波激震时，夏季的季节冻土边坡坡顶位移最大，表明地震荷载对夏季的季节冻土边坡坡顶破坏效应最为明显，土钉轴力具有高程放大效应和坡面放大效应，季节冻土边坡坡底至坡顶的土钉端部轴力峰值逐渐增大。文中数值模拟模型及结论可为制定地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡抗震设计提供一定的参考。     

季节变化对列车行驶路基动应力的影响及简化计算方法

我国众多铁路干线分布于深季节冻土地区。铁路路基土层的冻融状态随着季节的交替变化而改变,相应的列车行驶时引起的路基动应力分布也有所不同。考虑路基土体的参振效应,通过改进车辆-轨道-路基垂向耦合动力学模型获取不同季节列车行驶振动荷载时程,进而通过动力有限元数值模拟方法,研究季节变化对列车行驶引起的路基动应力分布规律的影响。研究表明:路基土中的动应力幅值及其沿路基深度的分布规律与该时期路基土的冻融状态密切相关,基于此结论,提出深季节冻土地区不同季节铁路冻土下限范围内路基动应力的简化计算方法。该研究对于优化季节性冻土地区铁路路基设计方法,完善路基长期动力稳定性能评价方法等具有重要意义。     

地震-列车移动荷载耦合作用下高铁路基振动特性研究

基于轨道结构-路基-地基动力相互作用理论,建立考虑地震-列车移动荷载耦合输入的轨道结构-路基-地基动力学模型,研究高速铁路路基及轨道在耦合荷载作用下的振动响应问题.通过编制DLOAD子程序并与ABAQUS有限元计算程序联立,实现地震荷载与列车移动荷载耦合作用的施加,以高速铁路桩承式路基及自由式路基为研究对象,对地震-列...     

天兴洲公铁两用斜拉桥主梁纵向列车制动振动反应分析

本文对天兴洲公铁两用斜拉桥主梁纵向列车制动的振动反应进行了研究。天兴洲大桥是目前在建的世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥,由于具有四线铁路,其主梁在列车制动及行车移动荷载作用下会沿纵向产生大幅振动,因此对其列车制动及行车移动荷载反应进行研究尤为必要。文中,首先根据车辆动力学的原理建立了列车制动动力学模型,获得了列车制动力纵向荷载及在制动过程中列车行走所产生的竖向荷载,并建立制动力传递有限元模型,应用有限元分析软件来获取钢轨上制动力及列车行走时引起的桥梁结构节点上的作用力时程。最后对天兴洲公铁两用斜拉桥主梁纵向列车制动及行车移动荷载的振动反应进行了仿真分析,发现了其主梁纵向列车制动反应具有位移大且速度极小的特点。     

季节冻土动剪切模量阻尼比试验研究

随着国家经济建设程度的提高,"一带一路"战略的布局,寒区交通网络与房屋建筑工程日益增多,建设中面临着很多季节冻土相关的地基振动分析以及地震灾害风险评价等问题,以往关注较少的冻土动力学性能逐渐受到重视;由于受研究条件的限制,以往通过低温动三轴试验获得的冻土动剪切模量阻尼比参数,其可靠性有待提高。本文以国内首台低温共振柱仪为试验平台,对低温共振柱试验技术进行了摸索;对粘土、粉土及砂土3种典型土类进行了一系列不同温度、含水率及冻融循环次数的共振柱试验,并总结其动剪切模量阻尼比参数的变化模式及规律;初步研究了Ⅰ、Ⅱ类理想含季节冻土场地工况中的地震反应。试验技术从围压介质入手,经过方案比较,将氯丁橡胶膜与硅油作为围压介质;通过实测结果与前人成果,选择冻结时长为24h,而冻结温度则按照不同土类进行选择。按这套技术进行低温共振柱试验,测试结果离散性小且可靠性高。使用先进可靠的低温共振柱试验技术,研究负温下3种典型土类动剪切模量阻尼比变化的基本模式,并提出温度修正系数及其计算方法。结果表明,无论何种土类,负温对其初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比都有重要影响,相应的温度修正系数按Boltzmann与指数函数变化,均在0℃~-6.0℃快速变化之后趋于平缓,但变化程度和修正公式中的参数均与土类有关。开展对不同含水率、负温的3种典型土类试样的低温共振柱试验,研究了负温及含水率对修正系数的影响,给出了考虑含水率修正系数及计算方法。结果表明,对某一种土,双因素(含水率和负温)的修正系数曲面形态主要受负温项控制,含水率项影响较小;而对不同土类,曲面形态相近但数值不同。在含围压环境下对3种土类试样进行冻融循环,测试它们的低温动剪切模量和阻尼比,研究其冻融循环修正系数的变化规律。结果表明,修正系数变化规律与土类有关;不论哪一种土,冻融循环对其剪切模量阻尼比均有弱化作用,工程上需要采取措施减轻这种弱化作用。建立Ⅰ、Ⅱ类场地含冻土层理想土层模型,使用国内广泛使用的等效线性化程序进行计算。结果表明,多数情况下冻土层对Ⅰ、Ⅱ类场地有减震作用,而且随着冻深的增厚,减震效果更加显著;Ⅰ类场地低烈度下一些工况中冻土层会增强地震动,这与德都地震群震害现象有类同之处。     

地面线城轨列车引起的地面振动预测模型研究

通过建立地面线路城轨列车引起的自由场地振动分析模型,并对模型中不同影响因素进行分析,建立地面振动预测模型。分析模型包括振源和场地两个部分,由列车运行作用于道碴上的力进行联系。影响因素包括:钢轨类型,轨道不平顺,列车速度、编组、载客量,场地土性质。利用课题组在京广铁路沿线进行的自由场地振动测试对振动分析模型进行验证,结合统计软件的相关程度来评价本文所建立的振动预测模型的适用性。     

可作为新震源的列车振动及实验研究

利用地震仪器对火车通过大同—秦岭铁路线产生的振动进行了观测. 观测中使用了两套宽频带地震仪和一套短周期地震仪,共获得距铁路0～2.15km的9个观测点的38次列车振动观测数据,全部记录均可分辨出清晰的地震波形. 研究表明：运动列车会在铁路沿线2～3km范围内产生明显的地面振动,接收到的振动频谱在0.05～20Hz范围内平坦,信号频带较宽,观测重复性好. 列车振动为利用地震勘探方法探测地下浅层结构提供了一种重复性很好的新震源.     

列车振动的地震记录信号特征

在给出列车的多点运动源基本描述的基础上，对2003年3月8日在大秦铁路怀柔段的观测试验记录进行了初步分析. 分析表明:列车振动所具有的绿色环保、频谱较宽、重复性好和稳定性强的优点，除传统认识的噪声和振动干扰外，也可以用于地下结构的探测研究.如能在理论模型和信号分析处理方法，甚至观测积累方面进行深入的探索研究，将可为地球物理勘探开辟新的途径.      

高速地铁列车竖向振动特性分析

高速地铁列车是一种运行速度可达160 km/h远高于普通地铁最高速度80 km/h的新型地铁列车。其车辆力学特性与高铁列车基本相同,其轨道运行条件与普速列车轨道运行条基本相同。地铁列车竖向振动影响列车上部结构供电及受力性能,目前高铁及普速列车在各自轨道上运行时列车的振动特性研究较为成熟,但高铁列车在普速铁路上运行时的振动特性的研究尚属空白。聚焦高速地铁列车在普速轨道上运行时的车辆振动特性,基于OpenSees软件建立普速及高速地铁列车的车-轮-轨二维有限元模型;利用我国普速轨道谱考虑其频谱特征随机生成20个440 m长轨道不平顺样本;通过有限元法分析了普速和高速地铁列车在不同运行速度及不同平顺程度下的竖向位移响应及统计参数,研究了高速及普速地铁列车竖向振动随运行速度的变化规律。研究表明：高速地铁列车与普速地铁列车的不平顺轨道振动远大于平顺轨道振动。高速列车与普速列车在竖向振动随速度变化特性上存在差异,高速列车的竖向振动位移幅值远小于普速列车,相较于普速列车振动更加稳定。     

列车振动及其引起场地效应研究进展

列车已经成为交通运输的首选工具和主力,特别是高速列车对经济和社会的发展有着重要作用.由于高速列车和传统列车相比较最大的特点是速度高,因此所产生的环境振动越厉害,使得列车运输系统与人们的生产生活的矛盾越发激烈.因此,高速列车运行产生的环境振动问题成为国际研究热点和前沿课题.文中总结国内外研究现状和进展,重点从列车振动的理...     

车辆行驶振动对古长城影响分析及评价

交通振动会对周边古建筑产生不利影响,研究振动规律对古建筑的稳定性评价非常重要。为此,利用振动探测仪采集古长城因周边道路车辆行驶引起的振动数据。通过解译振动波形了解场地的振动强度衰减过程及大小,确定振动强度及对长城的影响,以及各因素与振动强度的关系。以国家古建筑允许振动规范对波形解译结果进行评价,为解决此类文明遗址的保护问题提供了技术支撑。分析结果表明:不同路况,振动衰减规律不同,路况较好振动强度衰减迅速;行驶车辆的车速、荷载及行驶道路质量均可影响长城水平振动强度,车速越快、荷载越大、道路质量越差,长城水平振动强度越大;长城不同位置对车辆行驶产生的振动响应不同,长城脚水平振动强度大于长城顶水平振动强度。     

桩承式高速铁路路基的地震反应特性研究

桩承式路基在我国高铁路基中广泛应用,因此,论文建立地震荷载作用下轨道-路基-地基三维数值计算模型,研究地震荷载作用下桩承式路基的地震反应特性,分析桩径、桩长、桩间距、桩身弹性模量等计算参数对路基地震反应的影响,并与自由式路基的地震反应对比.自由式路基地震反应特性表明,地震荷载作用下水平x方向钢轨振动位移幅值最大,是z方...     

兰州地区季节冻土声波现场测试研究

通过对兰州地区4个不同地貌单元季节冻土的现场声波波速测试，获得了0-1.5m深度范围内冻土和融土的纵、横波波速，实测了相应的黄土的密度、含水量及地温资料，分析了波速与土的胶结状态、温度和含水量的关系，结果表明，土的胶结程度对波速度有重要影响，土质疏松，波速较小；土质密实，波速较大，温度在0℃以上时，波速随含水量的增大而减小；温度在0℃以下时，波速随温度的降低而增大。     

列车荷载下巴准重载铁路高路堤路基累积变形研究

针对巴准重载铁路高路堤典型断面,采用三维非线性有限元与经验公式相结合的方法,建立了可考虑列车-轨道动力相互作用的重载列车振动荷载引起的高路堤路基累积变形计算方法。首先,基于列车-轨道垂向耦合动力系统理论,建立重载列车-轨道动力耦合体系数值模型,并实施重载列车-轨道耦合系统动力分析;其次,建立轨枕-道床-路基-场地动力系统的三维有限元模型,并输入求解的列车振动荷载作为外部激励;最后,采用Li和Selig推荐的改进土体累积变形预测模型并结合有限元分析结果,分析了未加固和应用土工格栅加固的高路堤路基累积变形的基本特征与规律。发现土工格栅可显著减小路基的动力累积变形作用。     

列车振动荷载作用下南京细砂动强度变化规律研究

以南京细砂为研究对象,采用空心圆柱扭剪仪模拟列车振动荷载作用对应的土体单元所受应力路径,考虑试样围压、加载幅值和排水条件,研究列车振动荷载作用下土体动强度的变化规律。试验结果分析表明:在模拟列车振动荷载作用对土体竖向应变的影响时,采用椭圆应力路径来代替心形应力路径是切实可行的,能克服试验仪器高频加载时无法有效模拟心形应力路径的缺点;其次,当围压和加载幅值都较小时南京细砂主要表现为在振动初期强度强化特征,当振动次数达到一定数量后强度也达到一个稳定阶段;当试验围压较大时,随振动次数增加,南京细砂的强度变化主要以强度弱化阶段为主;同时,排水条件对其强度变化的主要影响表现为对其振动前期强度强化阶段的影响,对其强度弱化阶段的影响并不明显。     

地基动力特性对地铁列车振动荷载诱发振动的影响

结合"分区契合"技术,采用间接边界元方法研究了地铁列车振动诱发的层状地基振动问题。方法首先将模型划分为含隧道的层状半空间和轨道下垫层两个区域。然后求解振动荷载作用于垫层表面时轨道下垫层区的自由波场,同时在两个区域的边界上分别施加单位虚拟荷载来模拟两个区域内的散射波场。最后契合两个区域,由边界条件求得虚拟荷载的幅值,进而求得地基的动力响应。文中进行了数值计算,着重分析了土层厚度、基岩与土层刚度比等地基动力特性参数对地表振动的影响,同时针对天津一典型地基和其等效单层土地基进行了比较研究,得出了一些有益的结论。     

高速铁路弹塑性路基及轨道的地震反应特性研究

高铁列车运行时突发地震会对路基及轨道产生振动危害,严重影响列车的安全运行。为此,文中建立轨道系统-弹塑性路基-地基三维精细化有限元模型,分析高速铁路弹塑性路基和轨道在不同列车速度v(50、70、100、130 m·s~(-1))下的地震反应特性,结果表明:地震与列车共同作用下,路基和轨道的位移振幅主要受地震作用影响,而车速变化对路基位移幅值的作用较弱,对轨道的作用较强;地震发生时,列车以不同车速运行会对路基和轨道的频谱曲线产生不同程度的波动影响,其中在车速50 m·s~(-1)时波动最为剧烈,且总体向高频移动,并出现多个振动主频,此时路基和轨道的加速度峰值分别为单独移动荷载的2.3和1.3倍,路基及轨道加速度显著提高;地震作用下,列车的脱轨系数与横向位移在车速50 m·s~(-1)时显著增大,超过列车安全运行的标准;推测车速50 m·s~(-1)(180 km·h~(-1))为列车脱轨的临界速度。