循环列车荷载下道砟碎石-粗粒土永久变形研究

摘要

寒冷地区的铁路路基一直遭受循环列车荷载和周期的冻融循环作用，严重影响着路基的服役性能和铁路的安全运营。国内外很多学者研究了循环列荷载作用下道砟碎石、路基填料的永久变形，积累了丰富的研究成果和经验。然而，如何考虑循环列车荷载作用下道砟碎石与路基填料的动力相互作用，以及变形机理方面的研究鲜有开展。本论文着重考虑循环列车荷载和冻融循环作用，基于室内试验研究动荷载应力幅值、频率、含水率以及冻融作用等因素对道砟碎石-粗粒土层永久变形行为的影响。主要研究内容以及试验结果如下：
　　（1）制作了道砟碎石层-粗粒土层相互作用试验模型，并进行了侧限条件下的循环动荷载试验，结合试验过程中的CT扫描结果，对试验数据进行分析，发现试验过程中道砟碎石层和粗粒土层相互贯入、挤嵌，而贯入量的大小主要取决于动荷载幅值、频率、粗粒土的压实度以及含水率。利用CT扫描获取的变形规律与试验结论一致，二者综合起来可有效的反映试验模型在循环动荷载作用下的变形过程、变形量以及变形曲线类型。
　　（2）道砟碎石层-粗粒土层相互作用产生塑性应变的过程可以分为两个阶段。第一阶段为小于2000振次时，塑性应变随着振次的增加迅速增大至总塑性应变的80％；第二个阶段为超过2000振次以后，塑性应变基本稳定。道砟碎石层-粗粒土层相互作用前、后的CT扫描结果显示，挤入道砟碎石层的饱和粗粒土层可分为上、下两个部分，其中上部分为喷入式挤入道砟碎石层，粗粒土并未完全填充碎石孔隙，该层平均厚度为22.7mm，占试件总高度的7.57%，下部分为粗粒土完全填充碎石孔隙，该层平均厚度为11.5mm，占据试件总高度的3.8%。
　　（3）分别分析了试验因素对道砟碎石层-粗粒土层变形行为的影响程度。发现含水率对道砟碎石层-粗粒土层变形行为的影响比加载时间大，当试件含水率从接近最优含水率提高到饱和含水率时，试件的累计塑性应变增加6倍；而应力幅值从105kPa增加到155kPa时，试件的累计塑性应变平均增加30%，应力幅值从155kPa增加到205kPa时，试件的累计塑性应变平均增加40%。当粗粒土为饱和含水率时，2Hz动荷载产生的累计塑性变形比4Hz大；当粗粒土层为非饱和时规律是相反的。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及背景、意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 主要研究内容与技术路线

第2章 循环列车荷载作用下道砟碎石-粗粒土变形试验

2.1 试验的设计

2.2 试样的制备

2.3 荷载施加与试验工况

2.4 本章小结

第3章 循环列车荷载作用下道砟碎石-粗粒土的永久变形机制

3.1 道砟碎石-粗粒土的滞回曲线

3.2 道砟碎石-粗粒土的变形特性

3.3 道砟碎石-粗粒土应变的细观过程

3.4 本章小结

第4章 循环列车荷载作用下道砟-粗粒土永久变形特性

4.1 永久变形的确定

4.2 永久变形规律分析

4.3 累计塑性应变经验模型

4.4 本章小结

结论与展望

一、结论

二、创新点

三、展望

参考文献

声明

致谢