重載鐵路路基土動力濕化特性研究

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1、密級：公開工學碩士學位論文重載鐵路路基土動力濕化特性研究AStudyonDynamicWettingCharacteristicsofHeavyLoadRailwaySubgradeSoil培養(yǎng)單位：土木工程學院專業(yè)：巖土工程研究生：韓博文指導教師：馮懷平副教授二○一八年六月獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得石家莊鐵道大學或其它教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意

2、。簽名：日期：關于論文使用授權的說明本人完全了解石家莊鐵道大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關部門送交論文的復印件和電子版本，允許論文被查閱和借閱，同意學校將論文加入《中國優(yōu)秀博碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫》和編入《中國學位論文全文數(shù)據(jù)庫》。本人授權石家莊鐵道大學，可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文，可以公布論文的全部或部分內(nèi)容。(保密的論文在解密后應遵守此規(guī)定)作者簽名：日期：導師簽名：日期：摘要為了提高鐵路的貨物運輸能力我國大力開展重載鐵路的擴能改造建設。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)在一些重載既有線鐵路中，由于自然降雨和列車動載的耦合作用會引起諸多與水有關的路基病害例如翻漿冒泥、路

3、基垮塌、路基不均勻沉降等，這些問題嚴重阻礙了我國鐵路擴能改造建設的發(fā)展。因此研究重載鐵路路基土在浸水與循環(huán)荷載耦合作用下的動力濕化特性對于分析病害機理，有效預測路基變形有著重要意義。本文研究是在國家自然科學基金“既有線開行大軸重列車路基動力濕化變形機理及適應性研究”的資助下進行的，利用GDS動三軸儀結合自行研制的常水頭馬氏瓶進行了浸水作用下的動力濕化試驗研究，動三軸儀施加循環(huán)荷載，馬氏瓶實時補水，以模擬路基在降雨與列車動載的耦合作用下的實際狀態(tài)?？紤]到實際路基會經(jīng)歷復雜浸水過程，又研究了浸水過程對路基土動力濕化特性的影響。為了有效預測路基在浸水與循環(huán)荷載耦合作用下的變形，結合試驗數(shù)據(jù)，在修正

4、Iwan串聯(lián)模型的基礎上提出了一個考慮濕化與循環(huán)荷載耦合作用的動力濕化模型。文章的主要工作與研究成果如下：(1)對多處病害路段進行現(xiàn)場調(diào)研，了解病害現(xiàn)場的情況并取回土樣，對取回的土樣進行基本物性試驗確定土樣性質(zhì)和基本物理參數(shù)，分析產(chǎn)生路基病害的主要原因并確定進行動力濕化試驗的土樣。(2)改進GDS動三軸儀，使之可以在施加循環(huán)荷載的同時進行浸水。利用改進的儀器進行了浸水作用下的動力濕化試驗，研究了土體在動力濕化過程中的應變、浸水量、滯回曲線、阻尼比和動彈性模量以及骨干曲線的變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)應變隨動應力幅值的增加而增加，各級動應力幅值下的穩(wěn)定后的應變增量相差約0.3%，浸水量隨動應力幅值的增加而減

5、小，滯回圈會因應變累積和應變軟化而出現(xiàn)右移和斜率降低，動彈性模量和阻尼比隨振次基本呈現(xiàn)降低趨勢。因此對于擴能改造后列車軸重增加較大的線路將承受更大動應力，此時伴隨浸水作用會使路基產(chǎn)生較大變形，有發(fā)生破壞的危險，要尤為注意。(3)進行了不同浸水過程下的動力濕化試驗，研究了不同浸水過程下路基土的應變、滯回曲線、軟化指數(shù)、動彈性模量和阻尼比的變化規(guī)律。結果表明浸水過程對土體的應變、滯回圈、軟化指數(shù)的變化都有顯著影響，動彈性模量和阻尼比整體呈現(xiàn)下降趨勢，在局部會有波動。路基在經(jīng)歷不同浸水過程后會產(chǎn)生復雜變形，尤其是在擴能改造前后均經(jīng)歷浸水作用，路基的變形會有較大發(fā)展必須引起足夠重視。(4)依據(jù)修正I

6、wan串聯(lián)模型建立了考慮浸水與循環(huán)荷載耦合作用的動力濕化模型，編寫計算程序，對試驗結果進行了模擬，擬合度較好，利用該模型能夠較好預測土體在長期循環(huán)荷載作用下的動力濕化變形。關鍵字：重載鐵路；動力濕化；滯回曲線；Iwan串聯(lián)模型；浸水過程AbstractInordertoimprovetheabilityofrailwaytransportation,ourcountryisvigorouslydevelopingthecapacityexpansionandreconstructionofheavyhaulrailway.Butafterthesceneinvestigationfoundt

7、hatinsomeexistingheavyhaulrailway,thecouplingeffectofnaturalrainfallandtraindynamicloadwillproducelargedeformationofsubgrade,causedalotofwaterdiseasesofsubgradesuchasmudpumping,embankmentcollapse,unevensett