循环荷载频率对高速铁路有砟道床累积变形行为的影响
循环荷载下重载铁路路基累积动应变分析
研究结论 ：（１）循 环振动荷载作用下 ，土体 累积动应变随着循 环振动次数 的增 加而不 断增大 ；（２）不 同的 动应力 比下 ，累积变形曲线呈现出稳定型 、临界型和破 坏型三种类 型 ；（３）干密度越 大 ，土体抵抗 变形 的能力 越强 ，累积 动应 变发展速率越小 ，临界动应力 比越 大 ；（４）土体 的累积动应 变发展速 率随含水 率 、含 盐量和振 动频率 的增大而不断加快 ；（５）围压和含水率均可 以改变土体 累积动应变 的发展类型 ，随着 围压 的增 加 ，路基 的变形速率降低 ；（６）该研究成果可为重载铁路路基设计与施工提供参考 。 关键词 ：重 载铁 路路 基 ；氯盐侵蚀 ；循环振动荷载 ；累积 动应 变 中 图分 类 号 ：ＴＵ ４１１．２ 文 献标 识 码 ：Ａ
ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ． （５）Ｂｏｔｈ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｃａｎ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｙｐｅ ｏｆ
高铁列车动载作用下路基动力特性及累积变形规律研究
高铁列车动载作用下路基动力特性及累积变形规律研究赵莹;商拥辉【摘要】In order to explore the dynamic characteristics and accumulative deformation of the subgrade under dynamic train load, the causes of the roadbed settlement overrun are analyzed with the field test data based on Shanghai-Nanjing intercity railway project and then the train-track-subgrade coupling vibration system three-dimensional model is established to analyze the influence factors ( such as train speed, bed thickness and rigidity, driving mode ) . Finally, the accumulative deformation law of the foundation bed with 400000 vibrations is analyzed by means of indoor full scale model test. The results show that the dynamic train load is one of the main causes for the subsidence of the subgrade in the operational period. The factors such as train speed, bed thickness and stiffness, and driving mode constitute effects on the dynamic stress and the dynamic displacement of the subgrade;with the increase in the number of cyclic loading, the accumulative deformation of the subgrade develops rapidly during the initial 50000 vibrations and tends to be a slow linear development afterwards. The accumulative deformation is 0. 78 mm after 400000 vibrations with impacted depth of some 5 m.%为探索列车动载作用下路基的动力特性及累积变形规律,依托沪宁城际铁路工程背景,首先结合现场测试数据对路基沉降超限的原因进行分析,然后建立列车-轨道-路基耦合振动系统三维数值模型,对影响路基动力特性的影响因素(列车速度、基床厚度和刚度、行车方式)进行分析,最后结合室内足尺模型试验,对振动40万次的基床累积变形规律进行分析.结果表明:列车动载作用是运营期路基沉降超限的主要原因之一;列车速度、基床厚度和刚度、行车方式等因素对基床的动应力和动位移均有影响;路基的累积变形随循环加载次数增加而变大,最初振动5万次累积变形增长迅速,而后近似按照线性缓慢发展,振动40万次时的累积变形值为0.78 mm,影响深度约为5m.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2017(061)007【总页数】6页(P56-61)【关键词】高速铁路;动力特性;累积变形;数值模型;足尺模型【作者】赵莹;商拥辉【作者单位】黄淮学院建筑工程学院,河南驻马店 463000;黄淮学院建筑工程学院,河南驻马店 463000;中南大学土木工程学院,长沙 410075【正文语种】中文【中图分类】U238;U213.1高速铁路列车长期循环动载[1]作用下路基的累积变形[2]，是工后沉降[3]的重要组成部分，对其研究的方法主要分为4大类：理论研究[4]、现场测试、室内模型试验[5]和数值模拟[6]。
沥青混合料疲劳破坏加载次数和应变的关系
沥青混合料疲劳破坏加载次数和应变的关系沥青混合料的疲劳问题可不是一两次重压就能显现出来的。
其实它是经过了长期、反复的载荷作用后才会“显露马脚”。
就像咱们每天奔波忙碌，最初可能没什么感觉，时间久了，身上就开始有点儿“老化”的迹象，腰酸背痛、脚底板起泡，这种感觉肯定不陌生吧。
沥青混合料也是，刚开始受压的时候，可能还是轻松愉快，但不断的轮胎碾压，就像人的负担越来越重，最后有一天它“累了”，就开始破裂，出现裂缝、坑洞，甚至彻底坏掉。
沥青混合料到底能经得起多少次的加载呢？这得看它的“应变”了。
简单说，应变就是沥青混合料在受力后的形变程度。
你可以把它想象成“软硬度”的指标。
就像人一样，能承受压力不代表永远不累。
沥青混合料也是，经过多次车轮碾压后，它会渐渐产生塑性变形。
当它的应变超过某个临界值时，基本上就意味着它的疲劳寿命到了，可能再过几百次甚至几千次载荷，就会裂开，无法承受更多的压力。
这个“临界值”并不是固定不变的，它跟沥青混合料本身的质量、配比、温度、湿度等因素都有关系。
比如说，某些特殊的沥青路面可能由于配比得当，或者使用了高级的改性沥青，导致它在应对疲劳破坏时，比普通的沥青混合料要耐得多。
就像你吃得好，休息得好，身体更耐造一样，沥青路面也需要“保养”，只有这样，才能长时间承受车轮的压力而不出现问题。
但不得不说，沥青混合料的“疲劳破坏”是个漫长的过程，并不是一夜之间发生的。
它是逐步积累的，就像我们走路、跑步一样，经过长时间的活动，关节、肌肉总会有些磨损，而这个过程非常缓慢。
所以，沥青路面在使用几年后，可能就会出现一些细小的裂纹，大家可能没注意到，过了好几年，裂纹越来越大，路面质量也在一点点下滑，最后终于爆发了，裂缝变得又大又深，坑坑洼洼，简直成了“天然灾区”。
有趣的是，沥青混合料的疲劳破坏和“加载次数”有很大关系。
简单来说，路面承受的车轮次数越多，它就越容易疲劳。
如果说车辆行驶在这条路上像是在“慢舞”，车轮的碾压次数慢，沥青混合料的疲劳损伤也比较小。
循环荷载作用下泥岩累积应变规律研究
关键词：分级循环荷载；泥岩；轴向累积应变；振动次数；动应力幅值
中图分类号：TU45
文献标志码：A
文章编号：2095-0144（2021）05-0016-03
1 前言 西南地区分布着大量的红层泥岩。铁路路基
为红层泥岩时，列车的动载往往会产生沉降变形， 威胁着列车的安全运行。研究循环荷载作用下泥 岩的累计变形规律能够有效地保障列车的安全运 行，具有极其重要的工程实践意义。
时间/s
图 2 循环荷载作用下岩石累计变形示意图
累积应变/‰
1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
0
0.56 MPa
1.97 MPa
1.69 MPa 1.41 MPa 1.13 MPa 0.85 MPa 0.56 MPa
5
10
15
20
25
30
振动次数/次
图 3 振动次数与累计应变关系曲线
表 2 试验方案
试验 级数
振动频率 /Hz
应力下限 /MPa
应力上限 /MPa
循环 次数
1
1
0.5
0.56
30
2
0.85
3
1.13
4
1.41
5
1.69
6
1.97
7
2.26
2.3 试验原理 在循环荷载作用下，试样的应变随着轴向应力
的周期性变化发生变化。由于岩石为弹塑性体，试 样在一个加卸载周期内，会产生不可逆的变形，这 种变形会在循环荷载作用下不断的累积，形成累积 应变（图 2）。 3 试验结果分析 3.1 循环次数对累积应变的影响
图 3 为 1 MPa 围压下泥岩试样振动次数与累计 应变之间的关系曲线。从图 3 中可以看出，在同一 围压，同一振动幅值条件下，试样的累计应变均随 着振动次数的增加而增加。
上交大《高速铁路设备运用》教学资源 习题答案 习题答案
模块1答案1.简述高速铁路调度指挥高速铁路的建设和运营不仅需要高性能、高质量的基础设施与移动设备，还需要与之相适应的现代化高速铁路调度指挥体系，以实现对运输过程的高效组织、对运力资源的合理运用，及时处理各类突发事件，从而确保高速铁路及整个铁路网络的运输安全、正常秩序和高效节能，充分满足市场对铁路运输的需求。
中国高速铁路运营调度系统是高速铁路运输管理和列车运行控制的中枢，是高速铁路高新技术的集中体现，是高速铁路运营管理现代化、自动化、安全高效的标志，是提供乘客便捷、优质服务的窗口。
它根据机车车辆配备和动力特性、车站配备及作业、沿线线路和设备状态、人员的配备、相邻线路列车运行的状态等，统筹编制列车运行计划、集中指挥列车运行和协调铁路运输各部门的工作。
随着高速铁路的发展，高速铁路运营对调度也不断提出了更高的要求，中国对高速铁路调度指挥管理模式也在不断进行着优化调整。
目前，高速铁路调度按铁路局属地实行管理。
例如，京沪高速铁路北京南——德州东由北京局调度指挥，德州东（不含）——徐州东（不含）由济南局调度指挥，徐州东——上海虹桥由上海局调度指挥。
2.简述高速铁路列车运行图高速铁路列车运行图是全路组织列车运行的基础，是铁路运输企业实现列车安全、正点运行和经济有效地组织铁路运输工作的列车运行生产计划，是铁路运输企业向社会提供运输供应能力的一种有效形式，也是铁路运输工作的一个综合计划。
它规定各次列车占用区间的程序，列车在每个车站的达到和出发（或通过）时刻、列车在区间的运行时间、列车在车站的停站时间以及机车交路等。
除此之外，与运输有关的各个业务部分都应根据列车运行图所规定的要求来安排工作。
例如，车站要根据运行图所规定的列车到达和出发时刻，安排本站客运工作；机务部门根据运行图的要求确定动车组运用交路、安排动车组的整备和乘务员的作息；其他部门（如工务、电务等）也都根据运行图的规定来安排线路和设备的施工和检修。
通过列车运行图，可把铁路网的活动联系成为一个统一的整体，把上述所有与行车有关的单位组织起来，严格地按照一定的程序有条不紊地进行工作，保证列车按运行图运行。
疲劳载荷周次对铁路车轴微动损伤的影响
———————————————收稿日期：2021-05-25疲劳载荷周次对铁路车轴微动损伤的影响史玉杰1，杨凯1，陈一萍1，刘为亚1，李亚波1，石广寒2，鲁连涛2（1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司 工程实验室，山东 青岛 266111；2.西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川 成都 610031）摘要：对比例车轴进行了微动疲劳试验，试验后对车轴轮座微动损伤进行了观察，并测量了车轴和车轮的微动磨损轮廓。
此后，在考虑微动磨损的情况下，仿真研究了疲劳载荷周次对铁路车轴微动疲劳的影响。
研究发现：车轴微动损伤区宽度几乎不受疲劳载荷周次的影响，而轮座边缘微动损伤随载荷周次增加而增加。
低载荷周次和高载荷周次时，车轴微动区氧化物分别以黑色和红褐色为主。
车轴、车轮的磨损宽度和深度随载荷周次增加而增加，这使得车轴轮座真实应力增加，最终导致车轴在较低的应力水平下萌生微动裂纹。
车轴微动疲劳强度随载荷周次增加而降低，采用107周次疲劳试验获得的微动疲劳强度指导车轴设计偏于危险。
关键词：铁路车轴；载荷周次；微动磨损；微动疲劳 中图分类号：TU973+.254 文献标志码：Adoi ：10.3969/j.issn.1006-0316.2022.01.007文章编号：1006-0316 (2022) 01-0045-08Effect of Fatigue Load Cycle on the Fretting Damage of Railway AxleSHI Yujie 1，YANG Kai 1，CHEN Yiping 1，LIU Weiya 1，LI Yabo 1，SHI Guanghan 2，LU Liantao 2( 1.Engineering Laboratory, CRRC Qingdao Sifang Co., Ltd., Qingdao 266111, China;2.State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China ) Abstract ：In this paper, fretting fatigue tests were carried out on the scaled railway axles. After the fatigue tests, the fretting damage of the wheel seat was observed, and the wear profiles of the axle and wheel were measured. Then, the fretting wear was considered in the FE simulation, and the effect of fatigue load cycles on the fretting fatigue of railway axles was investigated. This paper found that the fretted zone width was hardly affected by the load cycle, while the fretting damage of the wheel seat increased with the increase of the load cycle. For low-load cycles and high-load cycles, the surface oxides of the wheel seat were mainly black and reddish brown, respectively. The wear width and depth of the axle and wheel increased with the increase of load cycle, which increased the actual stress of the wheel seat, and finally leaded to fretting crack initiation of the axle under a lower stress level. The fretting fatigue strength of the railway axle decreased with an increase of the load cycle. The fretting fatigue strength obtained by the fatigue test of 107 cycles was dangerous for the railway axle design. Key words ：railway axle ；load cycle ；fretting wear ；fretting fatigue铁路车轴是转向架的关键承载部件，经过盈配合方式与车轮连接，几乎承载着列车运行时全部的重量[1-3]。
【毕业论文选题】电大毕业论文题目
电大毕业论文题目在写论文之前都会先拟定题目，每个专业的论文都要有符合自己专业的题目。
怎样选题？是我们在写论文的首要问题。
选题的大致方向是什么？这些都是我们想要了解的。
下面学术堂根据多个专业挑选了一些电大毕业论文题目，希望能够帮助大家。
电大毕业论文题目一：1、北斗应用于高铁CPI控制测量的算法与试验研究2、拖拉机抗性消声器不同结构单元声学性能研究3、拖拉机涡轮增压器中混合陶瓷球轴承无损检测设计4、水田用大功率拖拉机驱动桥壳体设计与分析5、应用于航空发动机涡轮叶片的热障涂层材料研究6、基于GPS\BD2组合的车载导航系统性能分析7、基于最优载荷的受电弓自适应终端滑模控制8、V/v牵引供电所混合式电能质量控制系统非对称补偿设计9、基于交通可达性的新兴高铁枢纽城市旅游发展响应研究--以江西省上饶市为例10、离子液体萃淋树脂及其在稀土分离和纯化中的应用11、串级萃取理论的发展历程及最新进展12、中国高铁建设投资对国民经济和环境的短期效应综合评估13、中国大型高炉生产现状分析及展望14、高超声速飞行器模型及控制若干问题综述15、竞争环境下铁路集装箱班列动态定价与开行决策研究16、基于轨道局部波动的高速铁路轨道平顺状态评估方法17、中国轨道交通列车运行控制技术及应用18、基于状态观测器的单相整流系统传感器故障诊断与容错控制方法119、基于系统动力学的汽车产业技术创新能力影响因素研究20、经济新常态下我国汽车产业发展能力提升研究21、一种新型非谐振型软开关交错并联Boost电路22、响应曲面法优化内配兰炭赤铁矿球团焙烧工艺23、高速铁路牵引供电系统的状态空间模型24、拖拉机CAN总线车载智能终端技术研究25、自动导航拖拉机田间作业路径规划与应用试验26、基于证据理论的地铁火灾安全评价方法27、多温区冷藏车气密性能影响参数理论分析与试验28、液压互联式馈能悬架建模与优化设计29、基于电磁机械耦合再生制动系统的电动汽车稳定性控制30、优化电池模型的自适应Sigma卡尔曼荷电状态估算31、多层次轨道交通网络与多尺度空间协同优化--以上海都市圈为例32、车辆悬挂系统自抗扰控制器改进及其性能分析电大毕业论文题目二：33、汽车零件商运用装配商知识的情境分析34、酸雨淋溶条件下赤泥中重金属在土壤中的迁移特性及其潜在危害35、面向轨道装备的可视化人因综合仿真分析平台研究36、无辅助抓握件地铁车内扶手布置设计研究37、电弧离子镀工艺参数对NiCoCrAlYTa涂层沉积的影响38、多种算法下的四旋翼飞行器高度控制设计39、城市轨道交通PPP项目风险评估研究40、微合金钢连铸表面横裂纹形成机理与控制技术研究现状41、新能源汽车财税政策效应研究242、基于产品使用率的二维延伸性汽车产品保证需求预测研究43、高铁开通前后站区产业空间格局变动及驱动机制--以沪宁城际南京站为例44、钢铁智能制造背景下物质流和能量流协同方法45、循环荷载频率对高速铁路有砟道床累积变形行为的影响46、移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应的频域-波数域比例边界有限元法分析47、兰州地铁湿陷性黄土深基坑在降低水位条件下的渗流稳定性分析48、基于列车运行图的高速铁路动态牵引负荷建模方法49、基于ANSYS/FE-SAFE的高速动车组非动力车轴疲劳寿命分析50、一种用于模拟车辆冲击试验的铁路货车纵向连接模型51、基于特征几何关系的无人车轨迹回环检测52、CRTSⅡ型板式无砟轨道板下离缝动力影响分析及运营评估53、高速动车组车下悬挂设备隔振设计研究54、不同轮径转向架对车辆动力学性能影响分析55、森林防火无人机系统设计与林火识别算法研究56、粉煤灰提取氧化铝工艺能耗分析57、粉末冶金制备Ti-Fe二元合金的耐腐蚀性能58、“一带一路”战略下中欧班列开行中的问题与对策探讨59、新能源汽车企业研发投入与绩效关系60、低碳出行简约生活5款共享单车横向体验评测61、拖拉机多段液压机械CVT犁耕作业动态仿真62、丰田公司模块化生产网络中信息生态系统的形成条件与机制63、基于二元技术能力调节作用的技术多元化与企业绩效64、电连接器焊接防差错智能指导系统的研究电大毕业论文题目三：365、自动制孔机器人末端执行系统的设计研究66、某型无人机启动控制系统设计与研制67、植保无人机避障技术应用研究68、Pixhawk飞控技术在植保无人机上的应用与实践69、航空风挡雨刷装置电机设计及控制研究70、LiF-CaF_2-SmF_3体系熔盐电解制备SmFe合金的电化学机制研究71、基于STM32单片机的四轴飞行器设计及控制技术的研究72、四旋翼无人机建模与控制问题研究73、春秋航空财务分析研究74、铜浆料挤出3D打印技术的成型和烧结工艺研究75、基于物质流方法的中国铜资源社会存量研究76、气体传感器在国外航天器上的应用77、一种基于虚拟力的无人机路径跟踪控制方法78、无人机感知与规避技术研究进展79、基于Pixhawk飞控板的六旋翼飞行器自适应动态逆控制技术研究80、钢铁生产过程二氧化碳排放计算方法与实践81、GH4169合金粉末选区激光熔化成形数值模拟及试验研究82、产能过剩行业兼并重组治理的理论与实证研究83、21世纪以来中国航空货运空间变化研究84、开工时间延迟下的炼钢–连铸生产重调度方法85、一种多幂次滑模趋近律设计与分析86、郑州航空港临空经济发展对区域发展模式的创新87、基于加速度变噪声EKF的无人机姿态融合算法88、基于超导探测器的激光测距系统作用距离分析89、多旋翼无人机高空飞行稳定控制问题研究490、等离子体联合动力波技术协同控制铅锌冶炼烟气中Hg、SO_2、NO_x实验研究91、基于标准离差-G1-DEA的旅游机场竞争力与效率差异性评价的对比研究92、一种适用于航空电源变换的新型混合整流电路功率控制93、星敏感器技术研究现状及发展趋势94、河北邯郸钢铁冶炼区周边麦田土和小麦籽粒的多环芳烃含量及其组分谱特征95、我国区域中心城市航空物流与宏观经济的匹配性及空间分布研究96、低空低速植保无人直升机避障控制系统设计电大毕业论文题目四：97、单/多四旋翼无人机系统平台的设计及若干应用的研究98、高炉块状带焦炭劣化机理99、基于资源产出率指标分解的企业循环经济研究--以钢铁行业为例100、粉末特性对镍基粉末冶金高温合金组织及热变形行为的影响101、中国钢铁行业大气污染物排放清单及减排成本研究102、多无人机任务分配与路径规划算法研究103、无人机飞行控制与航迹规划研究104、四旋翼无人机编队飞行的控制策略研究105、QuEChERS-超高效液相色谱-串联质谱法测定蔬菜中41种农药残留106、QuEChERS-液相色谱-串联质谱法同时测定果蔬中16种农药残留107、QuEChERS-超高效液相色谱-串联质谱法测定动物源食品中4类29种禁限用兽药残留108、近五年我国近红外光谱分析技术研究与应用进展109、Fe掺杂g-C_3N_4的制备及其可见光催化性能110、固相浸渍法和湿浸渍法制备CuO/CeO_2催化剂及其CO氧化性能的对比研究111、生物炭对水中五氯酚的吸附性能研究5。
高速铁路沉降与变形分析及对策_魏强
高速铁路沉降与变形分析及对策_魏强2015年第10期铁道建筑ＲailwayEngineering13文章编号：1003-1995（2015）10-0013-06高速铁路沉降与变形分析及对策魏强（中国铁路总公司工程管理中心，北京100844）复杂桥梁结构、线路外侧施工或加载以及施工摘要：引起高速铁路沉降与变形的原因主要有地质条件、质量问题。
高速铁路建设期间以及后期运营期间的沉降观测是区域地面沉降规律分析的关键，应重点关注漏斗边缘或不均匀沉降地段；冻胀—时间曲线对线路运营管理极为重要，冻胀快速上扬和波动融沉两个阶段是线路运营的不稳定期，应加强冻胀观测，目前采取的设计措施还需要进一步深化研究；桥梁结构变形主要包括相邻桥墩大高差引起的变形和大跨度钢结构桥梁变形，受地形条件限制这种变形难以避免，因此在轨道调整及养护方面应采取合理措施；目前线侧施工和施工质量问题引起线路沉降和变形问题十分普遍，在设计和施工阶段应进行控制。
提出了加强地质勘察、系统性设计、施工质量控制和养护措施四个方面的对策与建议。
关键词：沉降变形区域地面沉降冻胀桥梁结构变形线侧施工+中图分类号：U238；U213．1；U441．7文献标识码：ADOI：10．3969/j．issn．1003-1995．2015．10．03在铁路建设中经常出现线路沉降、变形等病害，须对基础进行整治。
轻则需调整轨道几何尺寸，严重的要拆除轨道结构重新施工，从而造成工期延误和成本增加。
沉降与变形问题也是制约高速铁路正常运行的重要因素，对运营安全影响巨大。
线路限速的原因约有40%～50%是由于线路沉降、拱起、变形等引起的。
我国目前正处在高速铁路高速发展时期，目前已经建成投入运营的高速铁路约16000km，在建10000km左右。
深入分析高速铁路沉降与变形产生的原因并研究预防措施十分必要。
等都会引起线路变形或沉降。
⑤施工质量不良。
隧道仰拱底部虚砟清理不干净导致混凝土与基岩面结合不紧密，路基过渡段填料质量不合格或者死角部位压实不到位均会引起线路沉降。
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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，
取值不超过３ Ｈｚ。Ａ１一Ｓａｏｕｄｉ和ＨａｓｓａｎＬ７Ｊ开展道
砟箱试验，研究了荷载频率为３ Ｈｚ、幅值为１０～
４０
ｋＮ时道砟集料的累积变形，结果表明道砟集料
轨枕底面宽度为０．３２ ｍ，道砟密度为２
８１０ ｋｇ・
ｍ～，初始孔隙比为０．６０，模型中道砟的粒径级配
如图３所示，符合我国铁路特级道砟级配要求。建
立的道床三维离散元模型如图４所示。表１列出了
万方数据
第１期
循环荷载频率对高速铁路有砟道床累积变形行为的影响
道床离散元模型的主要参数值。
１００
计算结果的可靠性，在西南交通大学轨道交通实验
道砟的力学行为及其累积变形规律，但目前的相关 研究工作还很少考虑到荷载作用频率的影响。
基于以上研究背景，本文建立高速铁路有砟道 床的三维离散元模型，在轨枕上施加循环简谐荷
载，数值模拟道床的细观和宏观力学行为及累积变 形，并与室内实尺模型试验结果进行对比验证。在
此基础上，进一步分析比较不同频率、不同幅值循
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４６３２．２０１７．０１．０１
２１世纪以来，我国铁路高速化发展迅猛，列 车运行速度大幅提升，导致轨道结构承受的列车动 荷载幅值和频率增大，有砟道床的累积变形及不均
匀沉降速率加快［１。２］。道床不均匀沉降不仅恶化轨 道几何不平顺，增强了轮轨动力作用，而且两者还 形成恶性循环，严重影响列车运行的安全性和乘坐
高速铁路有砟轨道实尺模型横截面示意图（单位：ｍ）
值一№∞
堕糍茏¨嚣艨
强；ｏ临
在模型的轨枕质心处施加垂向循环简谐荷载，
模拟分析有砟道床在枕上动压力作用下的累积变形 行为。简谐荷载的幅值由实际线路上钢轨支点压力
图６
有砟轨道实尺模型累积变形试验现场图
试验按以下３种工况施加循环简谐荷载，即频
率为１ Ｈｚ、左右作动器总荷载幅值分别为２００
ｋＮ
和模型中轨枕长度近似换算得到。参考京津城际铁
路无砟轨道试验结果，多种工况下钢轨支点压力的
（试验工况１）和４００ ｋＮ（试验工况２）以及频率
为４ Ｈｚ、幅值为２００ ｋＮ（试验工况３）。测试了加 载框支承底座正下方轨枕的垂向位移响应，获得了
平均值为２４．４～４６．３ ｋＮ。假定总长２．６ ｍ轨枕的
为特征。因此，近年来已有学者将离散单元法引入
１），利用离散元分析软件ＰＦＣ中相互重叠的球形 单元逼近道砟真实几何形态，构建如图２所示的道
砟颗粒模型。
到铁路道砟的力学行为研究，试图通过将离散元数 值模拟与试验研究相结合，从细观和宏观层面上更
全面地揭示道砟的力学行为。Ｉｎｄｒａｒａｔｎａ等［８］、
钢１
道砟颗粒ｉ维几何形态激光扫描
架固定轴距分别为１７．５，７．５和２．５ ｍ；当列车运
行速度为２５０ ｋｍ・ｈ．１时，与以上车辆特征长度对 应的荷载通过频率分别为２．８，４．０，９．３和２７．８
Ｈｚ；高速铁路轮轨动力作用的模拟和试验研究表 明，这些特征频率及其倍频成分均十分显著［１］。可 见，高速铁路有砟道床实际上承受了ｏ～３０ Ｈｚ频 率的循环荷载作用，但国内外已有的室内试验研究 基本上没有考虑５ Ｈｚ频率以上循环荷载的影响， 故早期的道砟试验研究结果并不一定完全适用于高 速铁路有砟道床累积变形的分析与预测。 道床是人工堆积的散粒体结构，试验研究能获 得其宏观力学性能和累积变形规律，但很难获得道 砟颗粒之间接触、移动、碰撞、磨损等细观力学行
是，由于室内试验所使用的液压加载设备的限制，
国内外学者很早就对有砟道床的性能劣化和累 积变形进行了试验研究，主要包括三轴试验、道砟 箱试验、室内模型试验以及铁路现场试验。Ａｕｒ— ｓｕｄｋｉｊ等［３３比较了循环荷载频率为４ Ｈｚ的三轴试
验结果与频率为３ Ｈｚ的有砟道床模型试验结果， 指出当围压为３０ ｋＰａ时，三轴试验的轴向累积变 形与道床模型试验的结果接近。王红［４］、Ａｎｄｅｒ—
在加载框与上方反力架之间垂向安装２个液压伺服
作动器，施加幅值、频率和相位均相同的循环简谐
荷载。图６为高速铁路有砟轨道实尺模型试验现 场图。
枕 砟 界
图４道床三维离散元模型（单位：ｒｎｍ） 图５ 表１道床离散元模型参数
参数名称 道砟密度／（ｋｇ・ｍ＿３） 轨枕密度／（ｋｇ・ｍ－３） 道砟颗粒法向接触刚度／（ＭＮ・ｎｘ＿１） 道砟颗粒切向接触刚度／（ＭＮ・ｍ＿１） 道砟颗粒与侧面边界法向接触刚度／（ＭＮ・ｒｆｌ＿１） 道砟颗粒与底面边界法向接触刚度／（ＭＮ・ｍ＿１） 道砟颗粒接触摩擦系数 道砟颗粒接触法向阻尼比 道砟颗粒接触切向阻尼比
万方数据
中国铁道科学
第３８卷
能反映由轴距引起的１０ Ｈｚ以上的荷载通过频率。 例如，我国ＣＲＨ：型动车组的车辆长度约为２５
ｍ，
有砟道床离散元模型
碎石道砟不规则的几何形状对其力学行为有直
接的影响。为了真实模拟道砟颗粒的几何形态，运 用三维激光扫描仪获取道砟样本的几何边界（见图
车辆定矩、前后两节车的相邻转向架中心距和转向
舒适性，也增加了线路养护维修成本。因此，掌握 高速运营条件下有砟道床累积变形的规律，为高速 铁路有砟道床设计、养护与维修提供理论指导，有 必要开展荷载频率和幅值对道床累积变形行为影响
的研究。
的累积变形随荷载幅值增大而增加。Ｉｎｄｒａｒａｔｎａ 等［８３通过三轴试验研究了循环荷载频率为１０～４０ Ｈｚ时道砟的轴向累积变形，指出道砟轴向累积变 形随加载频率增加而增大。Ｔｕｔｕｍｌｕｅｒ等［９］在美国 ＦＡＳＴ环形试验线上开展了重载铁路有砟道床累积 变形和道砟劣化的试验研究，并与离散元数值模拟 结果进行了对比分析。上述道砟试验研究工作为各 国铁路有砟道床的设计与维护提供了有益参考。但
为５，１０和１５ Ｈｚ时道床的累积变形曲线基本重
环简谐荷载。枕上压力幅值按轮轨力的３４％取值， 作动器总荷载幅值为２００和４００ ｋＮ，换算得到模 型荷载幅值分别为３．９和７・９ ｋＮ。 图７给出了试验和离散元模拟的道床累积变形 结果。由图１可以看出，３种工况下模拟计算得到 的道床累积变形幅值和变化趋势均与试验结果较为 吻合，说明本文建立的离散元模型能较为准确地模 拟高速铁路有砟道床的累积变形规律，计算结果基
荷载循环次数
作用，频率为５～２０Ｈｚ工况下的道床累积变形均
为０．０７ ｍｍ左右；当荷载幅值固定为１０ ｋＮ、频
图７道床累积变形的离散元模拟与试验结果对比
３循环荷载频率对道床累积变形行为 的影响分析
为了研究循环荷载的频率和幅值对有砟道床累 积变形的影响，采用经过试验验证的有砟道床离散 元模型，计算了荷载频率分别为５，１０，１５，２０和 Ｈｚ，荷载幅值分别为５和１０ ｋＮ，共１０种荷载 工况下的道床累积变形。由于加载过程中轨枕底面
本可靠。
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合；但是，当荷载频率高于１５ Ｈｚ后，道床的累积 变形规律发生了明显变化，当荷载幅值固定为５ ｋＮ、频率为２０ Ｈｚ时，道床的初期累积变形甚至 小于频率为５，１０和１５ Ｈｚ时；随着荷载循环次数 增加，频率为２０ Ｈｚ与频率为５，１０和１５ Ｈｚ时的 道床累积变形差异逐渐减小，荷载循环次数超过 １６０次后，频率为２０ Ｈｚ与频率为５，１０和１５ Ｈｚ 时的道床累积变形非常接近，经过２００次循环荷载
计算效率很低，因此，本文离散元模型的宽度取为
０．３
ｍ，纵向长度取为０．６ ｍ，道床厚度按照高速
环荷载作用下道床的累积变形及其增长速率，给出 道床累积变形随荷载频率的变化规律；通过统计分 析道砟颗粒的接触滑动与转动程度，探讨荷载频率
对道床累积变形影响的细观机理。
铁路设计规范设为０．３５ ｍ。同样，按规范要求取
室开展了循环简谐荷载作用下有砟道床的累积变形
８０ 鬟
试验。室内有砟轨道１：１实尺模型按照我国高速 铁路设计规范和施工标准设计建造，铺设特级道
砟，Ⅲ型混凝土轨枕，道床厚度０．３５ ｍ，基床表 层厚度０．７ ｍ，如图５所示。在试验模型的钢轨上