列车荷载长期作用下冻土路基的动力响应研究

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青藏铁路是我国一项重大工程,其路基稳定性是一个技术难题。青藏铁路的修筑,改变了冻土生存的地质条件,路基修筑过程中的热扰动会改变冻土内部原有热传导过程。此外,在全球变暖背景下,列车荷载长期作用下路基稳定性问题尤为突出。本文利用数值模拟手段,以青藏铁路普通路基为原型,建立热、力耦合二维模型,对多年冻土区路基在单次列车荷载和列车荷载长期作用下的动力响应分别进行研究分析,为铁路路基的运营及维护提供理论依据,并取得了下列研究成果:  (1)根据根据列车荷载模拟常用的几种方法首先对列车荷载进行了模拟,计算分析了在单次列车荷载作用下路基内温度场、应力场分布及特征点速度、加速度、位移时程曲线,并对不同位置特征点速度、加速度、位移时程曲线进行对比分析,给出了其衰减百分比,为列车荷载引起的动力响应深度研究提供数据参考。  (2)为提高计算效率和节约计算时间,将模拟的列车荷载进行简化,并通过计算对比分析说明简化的合理性。计算分析了在自重作用下路基位移场、应力场的变化情况。  (3)青藏铁路经过的多年冻土路段阴阳坡效应显著,本文计算分析了具有不同年平均地温温差的路基动力响应问题。在路基断面上加载列车荷载,计算分析路基内特征点位移、应力时程曲线变化情况,并分析了塑性区的变化情况。通过计算分析路基特征点竖向位移时程曲线,得出:在11月份到次年大约4月份,列车荷载引起的竖向位移变小,这是因为路基进入冬季,路基温度正在逐渐降低,其路基整体弹性模量在变大。大约在1-2月份,由列车荷载引起的路基竖向位移较小,说明在列车在冬季运行时,整体比夏季安全。另外,7月份到10月份列车荷载引起的附加最大动应力较大,10月份到次年7月份附加最大动应力较小。通过计算分析三种不同年平均温度差路基动力响应,发现特征点位移时程曲线、主应力时程曲线差异性不大。
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