提速铁路基床长期累积沉降及等效循环荷载试验研究
铁路路基现场K30平板荷载试验研究
铁路路基现场K30平板荷载试验研究发表时间：2020-11-20T14:39:37.710Z 来源：《建筑实践》2020年7月第19期作者：钟伟亮[导读] 路基工程在铁路项目中占据着举足轻重的地位，其质量的好坏直接影响到整个铁路项目的建设质钟伟亮中铁上海工程局集团第五工程有限公司广西南宁 530200摘要：路基工程在铁路项目中占据着举足轻重的地位，其质量的好坏直接影响到整个铁路项目的建设质量，所以加强路基质量的检测就显得尤为必要，K30平板载荷试验,作为一种检测路基压实质量有效的现场试验方法,目前已广泛地应用于铁路路基现场施工。
本文对铁路路基施工现场的K30检测方法进行研究，希望能够给铁路建设工作人员提供参考。
关键词：铁路；施工现场；路基； K301 路基现场K30试验简介基础系数K30试验是一种可以有效控制现场路基压实质量的常用试验方法，它已成为高铁以及客货共线铁路控制基床及其表层以下的过渡段中对砾石充填进行分级以及在基床下进行路堤压实质量的主要方式之一。
基础系数K30用于通过直径为300mm，厚度为25mm的载荷板测量下沉量1.25mm的地基系数。
地基系数是对应于下沉量参考值（125mm）的载荷强度和下沉量参考值的比率（单位为MPa/m）。
2 K30平板荷载适用条件及要求2.1 K30平板荷载适用条件K30平板载荷试验适用于粒径不大于载荷板直径1/4的各类土和土石混合填料。
由于K30的荷载板直径只有300mm．因此对所填路基土的颗粒粒径和级配有一定的限值，否则颗粒粒径过大，级配不均匀，K30的测试结果就会带来较大的误差，难以真实反映路基的压实情况。
K30平板载荷试验的测试有效深度范围为400～500mm。
由于K30平板载荷试验成果所反映的是压板下大约1.5倍压板直径深度范围内地基土的性状，因此要想真实全面地反映更深土层的情况，尚需结合其他的检测手段进行综合评定。
2.2 K30平板荷载试验装置要求2.2.1荷载板荷载板为圆形钢板, 其直径为30cm、板厚为25mm。
高速铁路基床病害研究
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高速铁路浸水路基长期稳定性试验分析
循环交通荷载下软土路基长期沉降理论解_吕玺琳
（2）
d y
2 pdxdy 1 2 z a 3 y z a 8π 1 R13 R15
1 2 3 z a 4 z a
3 R2
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7 R2
3 3 4 y 2 z a 6a z a 1 2 z 2 a
5 R2
4 1 1 2 y2 y 2 1 2 R2 R2 z a R R z a R 2 2 2
436
岩
土
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学
2016 年
强度参数的影响对其进行改进。姚兆明等[5]和钱建 固等 考虑交通荷载下路基土中的主应力旋转效 应，通过开展空心圆柱扭剪试验，研究了交通荷载 心形循环加载下软黏土循环累积塑性应变和累积孔 压发展规律。边学成等[7]基于 Li-Selig 的指数模型， 通过 2.5 维有限单元法计算地基动应力，研究了路 基沉降。马霄等[8]基于经验显式模型，采用等效有 限元法对软 土 路 基 长 期 沉 降 进 行 了 数 值 模 拟 分 析。姚兆明等 [9]基于饱和软黏土循环动三轴试验结 果，结合有限元计算路基动应力分布，建立了交通 荷载下长期沉降计算方法。然而，基于循环动三轴 试验确定的软黏土循环累积变形和循环累积孔压， 不能合理地反映真实交通荷载下路基土主应力轴循 环旋转效应，导致计算沉降偏小。另一方面，基于 有限元模拟计算动应力的方法较复杂，不便于工程 应用。 本文在上述研究基础上，对循环交通荷载下软 土路基长期沉降进行了研究。通过弹性力学基本解， 获得了拟静力条件下的路基动应力分布，采用黄茂 松等[10]有关累积应变和孔压的经验显式模型，基于 主应力循环旋转的空心圆柱扭剪试验结果[11]，拟合 得出软黏土累积塑性应变模型和累积孔压参数，建 立了基于分层总和法的软土路基长期沉降计算模 型，通过工程案例分析，并与实测数据和以往分析 结果[12]对比，验证了本文模型的合理性。
循环荷载频率对高速铁路有砟道床累积变形行为的影响
绝大部分道砟试验的加载频率不超过５ Ｈｚ。对于 高速铁路而言，频率５ Ｈｚ以下的循环荷载只能反
映由车辆长度和车辆定矩引起的荷载通过频率，不
收稿日期：２０１６—０１—３０；修订日期：２０１６—１１—１５ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１５７８４６９）；国家自然科学基金高铁联合基金重点项目（Ｕ１２３４２０９）；国家“九七三”计划项目 （２０１３ＣＢ０３６２０５）；牵引动力国家重点实验室自主研究项目（２０１５ＴＰＬ＿Ｔ１２） 第一作者：张徐（１９８９一），男，安徽桐城人，博士研究生。Ｅ－ｍａｉｌ．．ｘｕｚｈａｎ９２０１３＠１２６．ｃｏｒｎ 通讯作者：赵春发（１９７３一），男，湖北仙桃人，研究员，博士。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｆｚｈａｏ＠ｓｗｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
。
中望竺兰型兰——塑
循环次数的增加，道床的残余变形逐渐累积。 ３．１ 荷载频率对道床累积变形趋势的影响 图９分别给出了２种荷载幅值、５种荷载频率 条件下道床累积变形的模拟结果。由图９可以看 出，随着荷载循环次数增加，不同荷载工况下道床 累积变形都几乎线性增大；在２００次荷载循环过程 中，无论荷载幅值为５ ｋＮ还是１０ ｋＮ，荷载频率
Ｔｕｔｕｍｌｕｅｒ等［９］建立了道砟离散元模型，模拟分析
重复荷载作用下道床的累积变形；姜卫利等［１０］构
建道床离散元模型，计算了不同加载工况下散体道 床的应力分布，探讨了离散单元法在散体道床分析 方面的应用；徐呖等［１１］采用ＰＦＣ软件模拟分析脏
污对道砟直剪行为的影响；张徐等［１２］建立具有真 实几何外形的道砟颗粒离散元模型，研究了道砟静 态压碎行为及其破碎机理；赵春发等［１３］建立高速
ｓｏｎ等［５｜、季顺迎等［６］分别开展三轴试验或道砟箱 试验，研究了材质、围压及风沙等对道砟集料累积 变形的影响，试验中循环荷载频率基本固定不变，
高速列车荷载作用的动三轴试验模拟
高速列车荷载作用的动三轴试验模拟一、本文概述随着高速铁路的迅猛发展，高速列车荷载对铁路路基和地基的动力影响日益显著。
为了确保高速铁路的安全稳定运行，对高速列车荷载作用下路基和地基的动力响应特性进行深入研究显得尤为重要。
动三轴试验作为一种有效的模拟方法，能够较好地模拟实际工程中土体的受力状态，因此在高速铁路工程中得到广泛应用。
本文旨在通过动三轴试验模拟高速列车荷载作用，探讨高速铁路路基和地基的动力响应特性，为高速铁路的设计、施工和维护提供理论支持和实践指导。
本文首先介绍了高速铁路的发展背景及其对路基和地基动力特性的影响，阐述了动三轴试验在高速铁路工程中的应用及其重要性。
接着，详细介绍了动三轴试验的基本原理、试验设备、试验方案及数据处理方法。
在试验模拟过程中，重点考虑了高速列车荷载的特点，如荷载大小、频率、持续时间等，以及不同土体类型对动力响应的影响。
通过对试验数据的分析，得出了高速列车荷载作用下路基和地基的动力响应规律，包括应力波的传播特性、动应力-动应变关系、土体阻尼比等。
本文总结了动三轴试验模拟高速列车荷载作用的研究成果，指出了目前研究中存在的问题和不足，并对未来的研究方向进行了展望。
本文的研究成果对于深入理解高速列车荷载对路基和地基的影响，优化高速铁路的设计和施工，提高高速铁路的安全性和稳定性具有重要意义。
二、高速列车荷载特性分析高速列车作为现代轨道交通的重要组成部分，其运行特点对铁路线路的安全性和稳定性提出了更高的要求。
因此，对高速列车荷载特性的深入分析，对于准确模拟列车荷载在铁路线路中的实际作用，以及优化铁路设计与维护具有重要的理论和实践意义。
高速列车荷载主要包括静荷载和动荷载两种类型。
静荷载主要由列车自身重量和载重构成，其大小相对稳定；而动荷载则是由列车运行过程中产生的振动、冲击和惯性力等因素引起，具有显著的时变性和复杂性。
动荷载的大小与列车的速度、加速度、轨道不平顺度等因素密切相关，其特性分析需综合考虑多种因素。
京津城际铁路沉降现状分析及应对策略
京津城际铁路沉降现状分析及应对策略京津城际铁路是中国首条实现时速350公里的高速铁路，贯穿北京市和天津市，是连接京津两大城市的重要交通干线。
在长期的运营过程中，京津城际铁路经历了一系列沉降现象，对于保障铁路运行的安全和顺畅起着重要的作用。
本文将探讨京津城际铁路沉降的现状分析及应对策略。
首先，我们需要了解京津城际铁路的沉降现状。
京津城际铁路作为一条高速铁路，其运营速度较快，列车频繁行驶，这就对路基和桥梁的稳定性提出了更高的要求。
然而，由于地质条件以及工程建设等因素的制约，京津城际铁路在运营过程中出现了一定的沉降问题。
据统计，京津城际铁路自投入运营以来，平均每年的沉降速率为2毫米左右。
沉降主要发生在沉降沟以及桥梁、隧道等工程部分，对于铁路的安全和舒适性产生了一定的影响。
面对京津城际铁路的沉降问题，应采取相应的应对策略。
首先，应加强监测和预警机制，定期对京津城际铁路的沉降情况进行监测和分析，及时了解沉降的变化趋势。
监测手段可采用高精度测量仪器，如全站仪、卫星定位系统等，以提高监测精度和准确性。
同时，建立预警机制，一旦发现过大的沉降量，及时采取措施进行修复和增强，避免对铁路运行产生不利影响。
其次，应加强维护和养护工作，对于已经发生沉降的路段，应及时采取维护和补强措施，并加强对整个铁路的养护工作。
维护和养护工作包括铺轨、加固路基、修复桥梁等，以提高铁路的稳定性和承载能力。
此外，定期对轨道进行调整和维护，确保列车行驶的平稳性和安全性。
再次，应加强科研和技术创新，提高京津城际铁路的工程建设质量和技术水平。
通过加强科研，深入研究京津城际铁路的工程特点和地质条件，提出更加有效的工程方案和施工方法。
同时，加大对工程建设的投入，引进先进的技术和设备，提高施工效率和质量。
通过科研和技术创新，不断提升京津城际铁路的能力和安全性，减少沉降现象的发生。
最后，应加强监管和管理，确保京津城际铁路的正常运营和安全。
对铁路的监管工作应加强，建立健全的管理机制和制度，确保对铁路工程建设和运营进行有效的管理和监督。
路基K30平板荷载试验中强度—沉降(σ—S)曲线类型的探讨
如 图 ３所 示 。这种 方 法 是根据 检测 数据 绘 出散点
维普资讯
２０ 第 ６ ０６年 期
路 基 Ｋ 平 板 荷 载 试 验 中强 度 一 沉 降 （ ｓ 曲线 类 型 的 探讨 一 ）
３ ｌ
ｏ Ｐ Ａ ａ Ｏ ２ ４ ６ ８ ０ ０ ０ ０ ｌ ０ １ ０ １ ０ １０ １ ０ ０ ｏ ２ ４ ６ ８ ２ ０ ０ ０
Ｏ
Ｏ 概 述
在路基本 体 或 基 床 填 层 上 ， 直 径 为 ３ ｍ 的 刚 用 ０ｃ 性承 压板逐 级施 加垂 直荷 载并 测定 填层在 每级荷 载下
Ｏ ２
Ｏ ４
Ｏ ６
Ｏ ８
ｌ Ｏ
ｌ ２
１ １ 将 强 度 一 沉 降 曲 线 绘 制 成 折 线 ．
如图 ｌ 示 。这种 方法 是根 据检测 数据 绘 出散点 所 图 ， 图上 将 数 据 点 以 折 线 连 接 ， 下 沉 量 基 准 值 为 在 其 １２ ｍ时 的荷 载强 度仅 仅 依 据距 ５＝１２ ｌ 近 ．５ｍ ．５ Ｉｎ最 ｎ 的两个 数据 点用 内插 法得 出 。
Ｏ２ ． ０４ ．
ｏ Ｐ Ａ ａ
３ ５
７ ０
１５ ０
１０ ４
１５ ７
２５ １
１２ 将 强 度 一 沉 降 曲 线 绘 制 成 曲线 ．
图 １ 折 线 型 强 度 一 沉 降 曲 线
如 图 ２所 示 。这 种 方法 是根据 检测 数据 绘 出散点
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1. 2 试验设备与施加的荷载 本次试验在同济大学 GDS 单向振动三轴试验系
统上进行 ,可施加的动荷载频率范围为 0～5 Hz ,最大 轴力为 10 kN ,波形为正弦波 、方波 、三角波和自定义 波形 。本次试验采用自定义波形 ,试样尺寸为 <39. 1 mm ×79 mm 。
我国既有线铁路过去因设计标准较低而行车速度 较慢 。随着近年来铁路列车不断提速 、行车密度加大 , 基床土所承受的动荷载增加 ,长期行车必然产生较大 的累积塑性变形 ,进而产生路基病害影响既有线提速 。 国内外研究资料均表明这一现象[122] ,如德国 、日本的
收稿日期 : 2008201221 ; 修回日期 : 2008211213 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (50678131) ;
( Key Laboratory of Highways and Traffic Engineering of Minist ry of Education , Tongji Universit y , Shanghai 201804 , China)
Abstract : Wide ranges of speeding2up of railways in China have set up much st ricter standards to t he stiff ness and deformatio n of subgrade of bot h t he existing and newly2co nst ructed railway lines . Based o n t he waveforms of t he in2sit u measured dynamic st resses of t he subgrade , t he permanent deformatio n behavior of C2gro up co m2 pacted soil of t he subgrade was investigated under t rain loading and sinusoidal loading respectively t hro ugh dy2 namic t riaxial test s. By filling wit h t he Mo nismit h model ,t he formula for calculating t he lo ng2term cumulative set tlement of t he top soil and bot to m soil was established. Acco rding to t he test result s , t he lo ng2term deform2 atio n value and duratio n of t he top soil are greater t han t ho se of t he bot to m soil because t he top soil is subjected to low co nfining p ressures and large dynamic st resses. The sinusoidal2load equivalent met hod for t he speed2up t rain was p ropo sed o n t he basis of t he equivalent lo ng2term deformatio n of t he subgrade soil . Namely , when o ne half2sinusoidal wave rep resent s t he dynamic load of o ne bogie , t he reductio n coefficient of t he load is be2 t ween 0. 45 and 0. 65 ; and it is verified wit h t he met ho d of energy. Key words : speed2up railway ; subgrade soil ; C2gro up soil ; dynamic t riaxial test ; lo ng2term cumulative set tle2 ment ; equivalent cyclic load
宫全美 , 罗 喆 , 袁建议
(同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室 , 上海 201804)
摘 要 : 我国铁路大范围的列车提速对既有线和新线路基的刚度和变形提出了较高的要求 。本文基于实测的路 基动应力波形 ,通过室内动三轴试验研究铁路基床 C 组填料压实土分别在列车荷载和正弦荷载作用下的长期变 形规律 ,并采用 Mo nismit h 模型进行拟合 ,得到基床表层和底层土的长期累积沉降计算公式 。试验结果表明 ,由 于基床表层土承受的围压较低 、动荷载较大 ,表层相对底层产生的长期变形大 、持续时间也长 。通过加载一系列 不同幅值 、不同形式的正弦荷载 ,提出基于基床土长期变形等效的提速列车荷载的正弦荷载等效方法 ,即一个半 正弦波代表一个转向架的列车动荷载 ,荷载幅值折减系数在 0. 45～0. 65 之间 ;并通过能量法得到验证 。 关键词 : 提速铁路 ; 基床土 ; C 组填料 ; 动三轴试验 ; 长期累积沉降 ; 等效循环荷载 中图分类号 : U213. 1 文献标志码 : A doi :10. 3969/ j. issn. 100128360. 2009. 02. 017
为制备试样的需要 ,首先进行轻型击实试验 。试 验结果见图 2 ,得到其最佳含水率 ωop 为 20. 2 % ,最大 干密度ρdmax 为 1. 67 g/ cm3 。
考虑提速铁路对基床土的压实要求及既有线基床 土的现状 ,试样的压实系数要求达到 0. 95 ,试样制备 按照《土工试验方法标准》( GB/ T 50123 —1999) 的规 定 ,在击实和切削的过程中保持试样的均匀性以及基 本相同的含水率 。试样的平均物理力学指标见表 1 。
根据以往的调研资料 ,京沪铁路沪宁段 ,路基填料 主要为砂黏土及黏土 ,组别为 C 组 、D 组 ,塑性指数大 于 15 ,液限大于 30 %。本次试验所用的土样取自上海 地区序号为 ②21 层和 ②22 层的褐黄～灰黄色黏性土 , 其颗粒大小分布曲线见图 1 ,液限 ωL = 36. 2 % ,塑限 ωP = 21. 0 % ,塑性指数 I P = 15. 2 。根据《铁路路基设 计规范》( TB 10001 —2005/ J 447 —2005) ,该层土为低 液限粉质黏土 ,填料分组为 C 组 ,可用于模拟既有线 的基床土 。
上海市自然科学基金 (06ZR14083) 作者简介 : 宫全美 (1967 —) , 女 , 山东乳山人 , 教授 , 博士 。 E2mail : gongqm @tongji. edu. cn
铁路都遇到过因列车提速或者修建高速铁路而引起的 基床下沉 、翻浆等病害 ,并导致巨大损失[3] 。
基床土长期沉降的影响因素很多 ,主要有路基质 量 、动荷载 、浸水等 。日本的实际观测表明 ,路基不良 时道路荷载引起的变形值很大[4] ,因此日本主要根据 基床土变形值确定既有线路基质量的好坏 。
第 31 卷第 2 期 20 0 9年4月
铁 道 学 报 J OU RNAL O F T H E C H INA RA IL WA Y SOCIET Y
Vol. 31 No . 2 Ap ril 2009
文章编号 : 100128360 (2009) 0220088206
提速铁路基床长期累积沉降及等效循环荷载试验研究
Experimental Study on Long2term Cumulative Settlement and Equivalent Cyclic Load of Speed2up Rail way Sub , YU AN J ian2yi
1 试验模拟
Seed 等为了把等幅循环荷载应用于实际地震力
作用 ,提出等效方法 ,即将实际地震力峰值的 0. 65 倍 作为等幅循环应力幅值 , 等幅循环次数由震级决 定[16] 。列车荷载不同于地震荷载 ,其规律性较好 ,但 不属于等幅循环荷载 ,且作用时间较长 。
本文的荷载作用等效定义为荷载作用次数相同 时 ,幅值为σd 的列车循环荷载与幅值为ασd 的正弦荷 载引起的长期累积变形相同 , 系数α即为等效循环荷 载的幅值折减系数 。 1. 1 试样的制备
目前动力荷载引起的土体永久变形主要采用试验 结果拟合的经验公式 ,试验方法包括动三轴试验 、动单 剪试验 、共振柱试验等 ,且大都施加正弦荷载 。拟合的
第2期
提速铁路基床长期累积沉降及等效循环荷载试验研究
89
经验公式中比较有代表性的如 Mo nismit h 提出的循 环荷载作用下黏土的累积变形指 数模 型[526] 。Li 和 Selig[5] 在此基础上通过室内试验 ,把静破坏偏应力和 动偏应力引入模型中 ,提出细粒土的变形与加载次数 的关系曲线 ,并给出不同土的计算参数 。Chai [6] 在假 设土体所受剪应力小于临界剪应力 、土是正常或轻微 超固结土的前提下 ,提出一个可以考虑土体初始状态 的计算公式 ,并进行公路荷载作用下路基土累积变形 的计算分析 。在国内 ,很早就有学者做过动力加载作 用下土的附加沉降量研究[7] ,提出黏土或砂土残余变 形的计算方法[8] ,但研究大都局限于地震荷载或正弦 荷载 ,很难用于估算荷载形式不同的铁路荷载引起的 路基土沉降 。近年来 ,随着对铁路轨下系统服务寿命 预测的研究 ,一些学者做过铁路列车荷载引起的路基 土长期变形的现场试验[9] ,该研究方法较准确可靠 ,但 较难得到规律性的结果 。钟辉虹等[10] 通过现场测试 和室内试验 ,得到在 120 km/ h 的列车荷载作用下 ,基 床土累积塑性变形随着饱和度的增加而迅速增长的结 论 ,试验施加的也为正弦荷载 。