[01617676]高速铁路路基不均匀沉降控制理论和技术

本课题属于交通运输领域,采用理论分析、数值仿真和室内外试验相结合的研究方法,研究了高速铁路桩网结构路基的桩土荷载分担比及沉降计算方法、列车荷载作用下路基的动力响应与附加变形、路基差异材料内界面应力传递与不均匀沉降、路基不均匀沉降对轨道结构和行车的影响、路基不均匀沉降控制技术等内容。 主要技术性能指标如下： （1）揭示了动荷载作用下土拱效应的退化失稳是由于拱顶土体发生塑性破坏导致的,在此基础上,建立了考虑土拱效应变化的桩土荷载分担比的计算方法。通过Mindlin-Boussinesq联合法求解地基附加应力、并结合e-lgp曲线法计算了桩网结构路基的沉降,通过与实测值对比发现,该方法较“规范”法合理,提高了路基沉降预测精度。 （2）揭示了列车荷载引起的主应力轴循环旋转加快土体塑性变形和孔隙水压力的累积规律,得到了不同基床结构和参数、地基刚度、路基型式和环境变化等对路基长期动力稳定性的影响规律;实现了显隐式转换数值计算方法在高速铁路路基长期动力变形预测中的应用,提高了路基附加动力变形的计算效率和精度。 （3）发明了依托光弹试验设备的模型试验加卸载系统及试验方法,可实时获取差异材料竖向内界面的应力传递与变形数据,揭示了差异材料竖向内界面有着较大的位移差值及竖向附加应力差值。基于散体颗粒材料摩擦特性机理分析,建立了差异材料内界面竖向附加应力计算模型。基于应力扩散法的思想,建立了在路堤荷载作用下分析路基纵向差异材料不均匀沉降的理论模型,采用Fourier变换的方法获得了路基不均匀沉降的解析解,并通过离心模型试验结果进行了验证。 （4）得到了不同波长、幅值的余弦型路基不均匀沉降对有砟轨道变形的影响规律,提出了路基不均匀沉降引起有砟轨道轨面变形的计算方法,并通过室内足尺试验结果进行了验证。以车辆-轨道耦合动力学理论为基础,建立了考虑轨道结构自重的车辆-板式轨道垂向耦合分析模型,得到了路基不均匀沉降幅值、波长及不均匀沉降发生的位置等对于车辆-板式轨道系统动力响应的影响规律。此外,通过建立不同波长、幅值的路基余弦式不均匀沉降有限元模型,验算了列车荷载作用下无砟轨道板和混凝土底座结构的疲劳性。 （5）讨论了CFG桩复合地基设计参数对高速铁路路基沉降影响的敏感性,提出了高速铁路刚性桩复合地基控制路基不均匀沉降的设计原则和方法;研发了微扰动旋压套管正循环成桩技术,以减少施工对地基的扰动和变形;提出了土工格室控制路基基床不均匀沉降的换填厚度的动力设计方法。 成果共获授权发明专利 4 项、国家级工法 1 项、省级工法3项、软件著作权 1 项,主持编著教材、专著4部,培养博士后3名、博士9名、硕士20余名。在国内外主要学术刊物发表学术论文百余篇,论文他引近700次,2篇论文入选F5000（中国精品科技期刊顶尖学术论文）。成果应用于京沪、沪宁、沪杭、宁杭、合宁等高速铁路工程,取得了显著的社会效益和经济效益。