7路基动力特性与稳定性分析课案.ppt

第八章 路基基床; ;静荷载——换算土柱法;在横断面设计中，路堤、路堑或挡土墙等 路基建筑物是按平面问题考的。因此在横断面设计的计算图式为沿线路纵向取一单位厚度。这时作用在路基面上的活载若安最不利情况计算，则只需考重既可，不需要考后面车辆部份的分布力。但是重是集中力，因此在具体计算水又把它简化成纵向均布的线荷载，并假定每个重的分布宽度等于距，最后得到沿纵向作用在路基面上的列车(活)荷载分布强度。 ????????????????????????? ;换算土柱　　普通铁路路基设计中，对路基荷载作了两个简化假定:(1):把列车荷载作为静荷载处理；(2)列车(活)荷载和轨道静荷载的总重P，简化为与路基同质的土柱，均布的作用在路基面上。该土柱的高度称为换算高度， ????????? 式中：a为土柱的宽度，按荷载扩散角45度计算； ?为路基土的容重，如图8-2所示。　　换算土柱计算算例：如图8-3所示。;;分摊到每根轨枕面上的支承 力可通过有关计算解出。此 外,可采用简化假定:由于第 4根轨枕(向一侧排序)枕面 的支承力已经很小,因此常 简化假定由5根轨枕分担,分 担到每根枕面上的支承力, 日本假定分别为0.4P、 0.2P及0.1P，如图8-5所 示。;路基面上的动应力 ;图8-7表明邻枕对压力分布的影响,从图中可见,当深度达到轨枕宽度的3倍,既距轨底70cm左右时,沿线路纵向的压力分布就比较均匀了。;一般情况下路基面上的应力分布其最大值位于轨枕正下方(线路纵向) 或钢轨正下方(横断面方向)，而两侧最小。实计算时通常假设轨底应 力为均匀分布,并从两侧枕端以 ?角向下扩散,扩散角 ?约为30度至45 度，各国取值不同。 ;简化计算法;轮载力P是按动荷载计算的，既：;考虑荷载分担作用后,单个轮载力传播到路基面上，沿线路纵向的动应力分布如图所示,简化成了五个均布的矩形荷载,每矩形荷载的动应力可按下式计算：;实际上路基面上的动应力分布是不均匀的，但是，计算路基面上动应力分布的一个重要目的是在设计基床结构时计算路基面的弹性变形，而按均布矩形荷载计算弹性变形是比较简便的。 ;参考以上日本的简化计算法,我国铁科院建议按图8-10的计算图式计算路基面的最大动应力,并以此作为高速铁路路基的设计荷载。当：　　　　 ???????????????????????????????????????????????????????????? ;基面上的动应力沿深度的衰减;动应力沿线路纵向的分布特征;对路基面上某一点，每当一个轮轴通过时都有一次加载和卸载循环，卸载时的最小值P′与加载时的最大值P之比值P′/P表示分布特征的不均匀性，这种不均匀性反映了荷载重复作用的次数，对于线路与机车车辆之间具有理想匹配的情况,应当使比P′/P最大。这样,每通过一个转向架虽然有两个轮载力，但只有一次应力变动(加、卸载)而不是两次,因而大大延长线路的维修周期.;基床的动力特性;基床土的疲劳特性与临界动应力的慨念 ;从图上见,有二组不同形状的试验曲线, 其中一组为破坏型曲线,其变形随试验正次的增加而逐渐发展直到破坏,如图中的曲线9、10、11、12; 另一组为衰减型曲线,其变形速率逐渐缓慢最后达到稳定状态（弹性条件）。如曲线1、2、3、4、5. 介于这两组 曲线之间的摆动型曲线如曲线7、8。 ;把图8-17的数据整理变换成另一种表达形式，如图8-18所示。 ;临界动应力就是10%累积应变或该临界弹性应变相对应的动压力。 如果基床动应力小于该临界动应力，则基床累积永久变形便灰得到有效的控制。 这个慨念启发我们，各种不同的基床结构型式包括道床的厚度和基床加固厚度的设计都应当使基床土的动应力控制在临界动应力的范围内。 ;图8-20表示临界动应力随加载频率的增加而减小，因此对于路基而言，当列车速度低时，路基病害较小,随着列车速度的提高，路基病害迅速增加,这已被既有线的实际情况所证实;基床表层厚度的确定原则;路基基床结构;基床的结构和材料;图分别是为德国高速铁路一般路基基床的端面形式，保护层的厚度为25-30cm。;基床病害及整治 ;;（3）挤出主要因基床强 度不足而产生剪切破坏或塑性流动常见的现象有路肩隆起，侧沟被挤等， ;（4）冻害发生于寒冷地区，如路基土为透水性较差的细粒土，当含水量较高或基面积水，在冻结过程中，土中水重新分布和聚集形成冰块，引起不均匀的冻胀现象。冰块融化又引起不均匀下沉。在地下水较高地段，地下水通过毛细管作用而不断向上转移补给，使冻胀量增大，持续时间延长。 ;基床病害整治;3. 基床改良。由于基床承载力不足而出现下沉挤出现象时，应根据具体情况采取灌浆、微型桩、置换等改良基床的???施。 ;4. 应用土工合成材料。土工合成材料的类型较多,其功能差