铁路客运专线深厚黄土路基工后沉降数值计算模拟

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1、234科技研究城市道桥与防洪2012年5月第5期铁路客运专线深厚黄土路基工后沉降数值计算模拟王孝平(中铁十九局集团有限公司，辽宁辽阳111000)摘要：客运专线因其实行客货分运而具有快速、安全的特点，越来越成为国内旅客运输的重要方式。为保证客运专线开通后按照设计速度运营后列车的安全性、平稳性和旅客的舒适性，对线路基础的工后沉降提出了更加严格的控制标准。因此有必要系统性地对客运专线路基的工后沉降进行理论上的研究。该文从客运专线铁路工程建设的应用实际出发，应用数值仿真模拟的疗法，对黄土地区客运专线路基工后沉降进行

2、研究探讨。为今后客运专线或高速铁路的设计提供有用的参数或经验。关键词：客运专线；工后沉降；路基；数值仿真模中图分类号：U213．1+4文献标识码：A文章编号：1009—7716(2012)05—0234—04弹性变形也起关键性的作用，因而对列车的高速0引言走行条件有重要的影响。并且高速行车对轨道变高速铁路作为提高货运与客运的一种有效手形有严格的要求，因此变形问题成为高速铁路设段在各国得到了广泛的应用，列车的提速也必然计所要考虑的主要控制因素。对线路本身提了更高的要求。路基是轨道的基3运营阶段由行车引起的基床动

3、位移础，也叫线路下部结构l】I。如果路基工后不均匀沉降过大，会造成线路的不平顺，导致列车通过时产线路建成后运营阶段行车引起的基床累积下生巨大的冲击力，轻则损坏轨枕和钢轨，影响铁路沉是由列车通过道床传递到基床面的动荷载引起的正常使用，重则危及列车的安全。随着经济的发的。高速铁路路基是不允许有显著的累积下沉的。展，大轴重、高密度、高速度的设计要求和运营技累积下沉主要发生在承受列车动荷载的基床部术已经提出并开始发展，这就要求路基能够提供分，特别是基床表层，它是轨道的直接基础，是路一个稳定可靠的下部基础结构。基的最重

4、要部分。关于在动荷载作用下基床的累积下沉数值，我国目前还缺乏在高速铁路上的实1高速铁路路基的多层结构系统测数据，不过在基床设计中已经考虑了按临界动高速铁路的线路结构，已经突破了传统的轨应力来进行限制，因此累积下沉量在经过一段时道一道床一土路基这种结构型式，既有有碴轨道间行车后(例如1a)是能够逐渐趋于稳定而不会继也有无碴轨道。对于有碴轨道，在道床和土路基之续发展的。根据日本的资料，对于强化基床表层的间，已抛弃了将道碴直接放在土路基上的结构形结构型式，当基床表层的K30≥150MPa／m时道床式，做成了多种结构

5、系统⋯。双线铁路路基，路堤路嵌入基床的下陷量甚微。当基床底层K30—68．6～基面宽度为13．8m，线间距为5．0m；路基基床表108MPa／m，荷载作用次数为150万次(相当于日本层厚0．7m，路基基床底层厚2．3m，如图1所示。主要干线1a的作用次数)时的累积塑性下沉量约为1～2mm左右，同一般土基床相比约小10倍2控制变形是路基设计的关键(试验结果)[2,31。我国缺乏这方面的实测数据，需要控制变形是轨下系统设计的关键，各种结构进行现场激振试验，建立我国高速铁路累积下沉形式的首要目的是为高速铁路提供一个

6、平坦、均的模式，确定高速铁路线路的维修周期，并通过弹匀和稳定的轨下基础。有碴轨道的轨下基础是由性变形评价线路运营质量等。现根据试验测得的散体材料组成的道床和路基，它是整个线路中最相关计算参数，结合数值计算的方法，对运营阶段薄弱，也是最不稳定的环节，是轨道变形的主要来由行车引起的基床动位移进行分析。源，多次重复荷载作用下所产生的累积永久变形3．1计算模型建立将造成轨道的不平顺。同时基床刚度对轨道面的3．1．1模型的选取计算模型中涉及到的土体的变形具有典型的收稿日期：2012-03—02非线性和非弹性的特点，因此

7、，对于土体选用弹塑作者简介：王孝平(1973一)，男，吉林蛟河人，高级工程师，从性模型。在弹塑性模型的分析中把总应变分成弹事施工技术管理和研究T作。2012年5月第5期城市道桥与防洪科技研究235图1客运专线路基断面图(单位：m)性应变和塑性应变两部分。弹性应变用虎克定律计算，塑性应变由塑性理论求解。对于塑性应变做三个方面的假设：破坏准则和屈服准则、硬化规律、流动法则。本文选用适用于土性材料的Mohr-Coulomb屈服准则。3．1．2非线性方程组求解无论几何非线性、材料非线性还是由边界条件或荷载引起的非线性

8、，所描述的非线性有限元方图2结构有限元网格划分示意图(半横断面一半部分)程，都要通过迭代增量非线性有限元方程组才能完成方程的求解。对于增量非线性有限元方程组，通常采用Newton—Raphon方法或修正的Newton—Raphon方法迭代求解I6l。3．1．3收敛判据收敛判据用于控制非线性迭代近似解的可接近程度。ADINA提供了三种不同收敛判据，分别是残余力判据、位移判据和应变能判据，本文计算中选用