1、路基动态特性及基***结构设计方法西南交通大学主讲人蒋关鲁Tel/ 13880508042/ 028-87634193 e-mail/ /路基动态特性的研究目标/基***附加静应力的分布规律 基***动应力的分布规律 基***动位移的分布规律 基***加速度的分布规律 基***的动刚度 对以上动态特性的分布规律的影响因素：加载荷重(列车轴重)、加载频率(列车运行速度)、基***含水量(降雨)、等等/基***结构设计方法的研究目标/防止冒泥 减少向道***道碴路基的贯入(有碴) 防止动应超过动强度(临界动应力) 减少路堤的压缩沉降 减小列车通过时的动态沉降/既有基***结构简介既有基***结构的设计理念：基***的作用以及对基***的要求/铁路使

2、用的主要轨道结构/有碴轨道/无砟轨道/土工结构(路基)的概要/以土层、岩石等为材料构筑的结构以及与其相邻的小结构的总称 路基、路堤、路堑、加筋土、排水工、坡面防护以及与此类似的结构/日本高速铁路(有碴)强化基***表层的构成/a)路堤 (b)路堑平地/日本高速铁路(无砟)基***表层的构成/中国高速铁路路基的构成(1/双线路堤标准横断面图/中国高速铁路路基的构成(2/双线路堑(硬质岩石)标准横断面图/双线路堑(软岩、风化严重的硬岩及土质)标准横断面图/中国高速铁路路基的构成(3/防渗作用及要求 具有一定的防渗功能(渗透系数约为10-4cm/s)。能够防止雨水浸入造成路基土软化，防止发生翻浆冒泥等病害。

3、 强度作用及要求 应有足够的强度以抵抗列车荷载产生的动应力而不致破坏；能抵抗道碴压入基***土中，防止道碴陷槽等病害的形成；在路基填筑阶段能承受重型施工车辆走行而不形成印坑，以免留下隐患。 变形作用及要求 在列车荷载的重复作用下，塑性累积变形很小，避免形成过大的不均匀下沉造成轨道的不平顺，增加养护维修的困难；在列车高速行驶时，基***的弹性变形应满足高速走行的安全性和舒适性要求，同时还能保障道***的稳固/基***的作用以及对基***的要求(1/基***的作用以及对基***的要求(2/在可能发生冻害的地区，还应具有防冻等特殊要求（需做抗冻融试验/路基动态特性的研究方法/试验 理论分析 解析计算 其他 影响因素：列车轴重、

4、列车运行速度、降雨、等等/动态试验主要方法(1) ：路基室内模拟循环加载试验/模型横断面图及仪器布置/ZSS50循环加载试验设备/动态试验主要方法(2)：路基现场循环加载试验/动态试验主要方法(2)：路基现场实车加载试验/路基面动应力横向分布/轨下动应力沿路基深度分布/基***动力响应(1)：有碴轨道/基***动力响应(2)：板式无砟轨道/路基面动应力横向分布/轨下动应力沿路基深度分布/基***动力响应(3)：长枕埋入式/路基面动应力横向分布/轨下动应力沿路基深度分布/无砟轨道基***动态特性/研究目标 基***附加静应力 基***动应力 基***动位移 基***加速度 对以上动态特性的影响因素：加载荷重(列车轴重)、加载频

5、率(列车运行速度)、基***含水量(降雨)、等等/基***附加静应力/路基表面的横向分布/中线下沿路基深度的分布/基***动应力/路基表面横向分布/轨下沿基***深度分布/基***动位移/基础板动位移横向分布/轨下沿路基深度方向分布/降雨前、后轨下方加速度、动位移与动应力的关系/降雨的影响因素/基***动态特性基本结论(***例室内模型试验/基***结构设计方法的研究/研究目标 防止冒泥 减少向道***道碴路基的贯入 防止动应超过动强度(临界动应力) 减少路堤的压缩沉降 减小列车通过时的动态沉降/路基面动应力与列车速度的关系(日本有碴轨道/动应力在路基面的分布 动应力在路基面的分布是非均匀的 横向呈马鞍型分布，钢轨下最大 纵向

6、呈波浪型分布，轮载作用处最大 应力最大值出现在轨枕与钢轨交叉处/对基***结构设计时，需计算列车动荷载在路基中产生的动应力大小和分布规律/单根轨枕下的压力分布 （德国资料/美国的实测结果(有碴/路基面动应力的分布(有碴/路基面动应力的分布(有碴/路基面动应力的分布(有碴/传统的简化计算方法/基本假定 轨枕底压力均匀分布 从接触面边缘以角向下扩散 扩散角 约为30 45/我国轨道专业取35 日本和欧美多取45 也有个别取20/日本的简化计算方法/基本假定 传递到路基面上的动应力在全部受荷面积上均匀分布 轨枕底面压力从轨枕四周边缘以折线向下扩散/枕面支承力的分配分例(有碴/日本/中国的简化计算方法/基

7、本假定同日本的简化计算方法 路基面动应力沿横向均匀分布 路基面动应力沿纵向三角形分布/路基面动应力的实测值(有碴/机车车辆类型、轨道结构标准、行车速度、线路不平顺状态等多种因素影响 大量既有线的现场实测表明，路基面动应力幅值的集中域一般在5070kPa左右，最大值可达110kPa/路基面动应力的实测值(无砟/日本 中国 德国/可信度高的实测数很少/动应力沿深度的衰减/由于荷载的扩散作用，动应力随着深度的增加而衰减 动应力沿深度的衰减可采用理论计算方法进行求解（计算法） 单层的均质土层，为局部荷载作用在弹性半无限体上的应力分布问题（Boussinesg解） 多层的均质土层，应采用多层系统理论进行

8、计算/注：上述方法均没考虑土的阻尼作用也能导致动应力沿深度的衰减，而且随车速的增加其影响加大/列车动应力和路基自重应力沿路基面下深度的分布/注：实际设计中应考虑基***土层的差异/注：考虑实际设计中基***土层的差异(日本/基***表层厚度的确定方法(动强度控制法/注：实际设计中应考虑基***土层的差异所引起的动强度的变化/累积应变0/3%时动应力与振次关系曲线/基***表层厚度的确定方法(变形控制法/日本(有碴轨道/基***表层厚度的确定方法(变形控制法/基***底层强度与路基面下沉量的关系(基***表层厚度30cm/路基的变形与控制标准/列车行驶时路基面产生的弹性变形 运营阶段由行车引起的基***累积下沉 路堤及地基产生的压

9、密下沉/基面产生的弹性变形对使用性能的影响 基***表层的疲劳破损及开裂破坏 道***和轨道上部结构的稳定性 高速行车的安全性和舒适性/基***表层的疲劳破损及开裂破坏 日本铁路采用了强化基***表层的结构型式，最重要特点是基***表层有一层5cm厚的沥青混凝土。 为了保证沥青混凝土不致因弹性变形过大而产生绕曲开裂，采用了绕曲角的概念来进行控制 绕曲角： 0/0020/003 弹性变形： 2/5 mm/绕曲角解释示意图/道***和轨道上部结构的稳定性 基***较大的弹性变形会导致道***的流动，增加轨道养护维修的困难。 根据日本的经验，基***的弹性变形控制在4mm以内比较合适 由于我国目前尚无这些方面的经验， 在“暂行规定”中的设计控制值为3/5mm/高速行车的安全性和舒适性 采用列车与线路相互作用动力分析模型，分析不同基***刚度对车辆和线路振动特性的影响 车体的振动影响列车运行的平稳性和乘座的舒适性，是振动控制的主要指标/在动应力作用下路基面的累积下沉变形规律，我国缺乏高速条件下的实测数据。 中国基***压实标准： 表层K30