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2020年, 第37卷, 第3期 
刊出日期:2020-03-15
  

  • 全选
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    长大干线: 工程地质与路基
  • 叶朝良, 薛飞招, 冯怀平, 谢玉芳
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 1-6.
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    研究目的: 近年来,在我国西南山区的公路、铁路建设中均出现了炭质泥岩这种特殊岩土,因其浸水后极易软化,而且发生膨胀变形,导致在荷载作用下经常发生承载力不足、沉降变形增大和边坡失稳等一系列工程地质灾害,对沉降控制标准极高的高速铁路后期运营带来极大危害。为评价桩端炭质泥岩在浸水和动荷载条件下对高铁路基沉降影响,本文通过动力模型试验研究了桩端炭质泥岩在浸水前后、动荷载作用下的变形特性。
    研究结论: (1)动荷载为200~400 N时,桩端炭质泥岩浸水前后的换算沉降分别在2.92~9.64 mm和36.74~63.48 mm之间,浸水后沉降变形显著增加;(2)浸水与列车动荷载是导致桩端炭质泥岩产生过大工后沉降的主要因素,水对炭质泥岩的沉降影响远大于动荷载作用;(3)荷载振动次数对滞回曲线的六项指标λ、k、d、S、ζ、η有显著影响;(4)炭质泥岩浸水后,强度、刚度明显降低,粘滞性显著增大,能量耗散能力增强,在动荷载下损伤程度明显增加,软化效应显著;(5)本研究结论可为类似工程地质条件下的公路与铁路路基设计与施工提供借鉴和参考。
  • 长大干线: 线路与轨道
  • 曾志平, 叶梦旋, 王卫东, 郭无极, 孟晓白
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 7-12.
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    研究目的: 本文利用ABAQUS有限元软件建立CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道结构温度荷载-落轴冲击耦合模型,结合试验数据,探究不同细致化温度荷载对双块式无砟轨道结构落轴冲击动力响应的影响。
    研究结论: (1)当道床板表面温度高于内部温度时,钢轨加速度变化较道床板表面温度低于内部温度更显著,轨枕向下加速度、道床板向上加速度分别增加13倍、42倍;(2)当道床板表面温度低于内部温度时,轨枕向上加速度、道床板向下加速度分别增加9.5倍和25倍;(3)当道床板表面温度高于内部温度时,钢轨向下位移减小95%,轨枕及道床板向下位移均为0 mm,轨枕及道床板向上位移分别增加85倍和378倍;(4)当道床板表面温度低于内部温度时,钢轨、轨枕及道床板向下位移分别增加1.01倍、4.3倍和4.91倍,轨枕及道床板向上位移均为0 mm;(5)本研究成果可为我国大温差地区无砟轨道线路平顺性研究提供参考。
  • 杨飞, 王璞, 孙加林, 王树国
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 13-20.
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    研究目的: 针对高速道岔尖轨的磨耗问题,目前高速铁路养护维修部门通过钢轨打磨、调整几何形位、更换钢轨件等措施进行定期整治,但多为基于工程经验和现场情况的被动性方法,整治效果并不显著,磨耗问题仍不断出现,无法从根本上彻底解决。因此,需要对道岔区轮轨相互作用关系进行深入研究,探明岔区钢轨磨耗的产生及发展规律,以及因磨耗引起的列车过岔动力学性能演化规律,从而有针对性地提出科学、合理的整治方法。
    研究结论: (1)随着道岔服役时间的增长,转辙器尖轨和基本轨的磨耗均不断加重;(2)直尖轨垂向磨耗情况较曲尖轨严重,两者垂向磨耗均是随着断面不断加宽呈现先增后减的趋势,分别在顶宽35 mm、50 mm断面位置最为严重;直、曲基本轨垂向磨耗均是随着断面的加宽总体呈减小的趋势;(3)曲尖轨侧磨情况明显较直尖轨严重,两者均是从3 mm宽断面开始呈现先增后减的趋势,直尖轨在顶宽5 mm断面位置侧磨最严重,曲尖轨在顶宽20 mm断面位置侧磨最严重;直、曲基本轨的侧磨程度基本相当且数值均较小;(4)随着尖轨磨耗程度的加剧,将会一定程度地导致轮轨动力相互作用的增大,进而提升了安全运行风险,但对车体振动加速度等舒适性指标则影响较弱;(5)本研究成果可为高速道岔设计、施工和运营维护提供一定参考。
  • 张向民, 刘家良, 朱高明, 张勇
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 21-26.
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    研究目的: 针对持续高温天气下纵连板式轨道上拱变形问题,本文依据弹性薄板理论构建稳定性分析模型,并根据CA砂浆层间黏结强度的内聚力模型,分弹性损伤、层间脱黏以及离缝上拱三个阶段建立系统总能量方程,运用能量变分原理和瑞利-里兹法,确定纵连板式轨道上拱变形的全过程平衡路径及失稳临界条件。
    研究结论: (1)在运营损伤工况下轨道板失稳的最不利临界温升为20.53 ℃;(2)钢轨温度力向上分量对单块轨道板的作用合力达19.866 kN,对轨道板上拱的影响较为显著;(3)窄接缝破损可导致层间脱黏阶段临界温升降低3.91%;(4)CA砂浆黏结强度下降20%可导致层间脱黏阶段失稳临界温升下降17.24%;(5)轨道板纵向阻力由55%降低至10%,最小失稳临界温升可降低32.81%;(6)轨道板厚度增加10 mm,最小失稳临界温升可提高6.03%;(7)该研究成果可为纵连板式轨道及其他既有轨道结构的病害整治措施提供理论参考。
  • 长大干线: 桥梁工程
  • 甘亚南, 王根会, 金学军, 张学军
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 27-33.
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    研究目的: 本文综合考虑组合工字形梁腹板褶皱效应、剪滞翘曲应力自平衡条件,以及铁木辛柯剪切变形等因素,研究中设置2个不同的剪滞纵向翘曲位移差函数,且以能量变分原理为基础建立工字形梁弹性控制微分方程和自然边界条件,进而开展工字形梁力学特性分析,研究获得组合工字形梁竖向弯曲力学性能的精细化分析方法。
    研究结论: (1)褶皱效应对工字形梁上翼板影响相对较小,而对下翼板影响较大,并且组合工字形梁剪力滞后效应突出,但均布荷载相对较小,而集中荷载剪力滞效应更加显著;(2)本文方法与传统组合结构分析理论相比较,结果显示本文理论计算精度明显提高;(3)本文方法是对现行组合结构分析理论的丰富和发展,对该类结构设计具有一定的指导作用。
  • 李奇, 吴阅, 吴琪
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 34-39.
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    研究目的: 高速铁路桥梁在徐变、温度、桥墩沉降等作用下会发生多种静态变位,进而影响轨道平顺性与列车走行舒适性和安全性。本文将桥梁静态变位与列车活载下的动态变形统筹考虑以获取简支梁竖向刚度限值,使得列车在一定轨道静态变位的简支梁上具有优良的走行性。
    研究结论: (1)小于活载挠度的初始桥梁上拱对列车走行性有利,而初始下挠、桥墩不均匀沉降、轨面随机不平顺及过大的初始上拱均为不利因素;(2)规范在桥梁刚度的限值上留有一定富余度,跨度越短、车速越高则对桥梁静态变位的要求越严格;(3)设计时可在预测桥梁静态变位的基础上合理选择桥梁刚度,养护时则可根据当前桥梁的实际刚度和静态变位组合采取整治措施;(4)本研究成果可为铁路桥梁刚度设计、运营维护及规范修订提供参考。
  • 闫志刚, 安明喆, 尹必晶, 王月, 刘继中
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 40-46.
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    研究目的: 为研究沸石砂砾、粉煤灰陶砂与高吸水树脂(SAP)内养护材料对C60高强混凝土性能的影响,分析单掺及复掺内养护材料对混凝土抗压强度、内部相对湿度及自由收缩的影响规律。
    研究结论: (1)在单掺形式中,内养护引水量为13.5 kg/m3时,混凝土减缩效果及力学性能最佳;总引水量为13.5 kg/m3时,沸石砂砾与高吸水树脂复掺可进一步降低混凝土自由收缩,二者引水质量比为2 ∶1时,混凝土28 d收缩值仅为基准组混凝土的36.1%;(2)通过不同内养护材料引水量与内部相对湿度关系、自由收缩与内部相对湿度关系,回归得到关键参数,建立内养护混凝土收缩预测模型,可实现收缩调控;(3)结合沪通长江大桥主塔大体积混凝土结构,采用MIDAS FEA软件进行混凝土早期抗裂性分析,复掺沸石砂砾和SAP内养护混凝土塔柱在温度与收缩应力共同作用下,其最易开裂部位的拉应力均小于最大容许拉应力,总体开裂风险较低;(4)本研究结果可为大体积高强混凝土应用提供参考。
  • 勾红叶, 杨睿
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 47-52.
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    研究目的: 为研究温度梯度作用对高速铁路行车安全性的影响,以徐兰高速铁路郑徐段为背景,采用ABAQUS建立四跨32.6 m高速铁路简支梁桥及CRTS Ⅲ型无砟轨道有限元模型,分析不同温度梯度作用下钢轨附加变形的变化规律。在此基础上,将含钢轨附加变形的桥梁-轨道结构有限元模型导入多体动力学软件SIMPACK中进行车桥耦合动力仿真分析,探讨各工况下车辆响应的变化规律和行车安全性。
    研究结论: (1)温度引起的钢轨横向和竖向附加变形均随着温度梯度幅值的增大而增大;(2)竖向温度梯度作用主要引起钢轨竖向几何形状变化,对横向的几何形位影响较小;横向温度梯度作用主要引起钢轨轨距的变化;(3)所考虑工况中,温度梯度幅值越大,车体竖向加速度峰值越大,变化的幅度也越大,但都满足规范要求;(4)轮轨垂向力以及轮重减载率与温度梯度幅值的相关性不明显;(5)本研究成果可为高速铁路设计、桥上列车行车安全性评估提供参考。
  • 长大干线: 隧道工程
  • 王志杰, 蔡李斌, 李金宜, 姜逸帆, 雷飞亚, 杜逸文
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 53-60.
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    研究目的: 为掌握寒区隧道冻胀力特征,以2022年冬奥会重大交通保障项目金家庄特长螺旋隧道为依托,通过室内试验、温度测试和COMSOL数值模拟相结合的方法,建立仅考虑围岩冻胀的计算模型,研究相变潜热和围岩含水裂隙对衬砌结构和围岩内力的影响。
    研究结论: (1)考虑相变潜热能减少衬砌结构内力,相变潜热对衬砌结构冻胀内力的影响随着计算时间的增加愈加明显;(2)含水裂隙使初期支护的最大拉、压应力增大,而使二次衬砌的最大拉、压应力减小,且对初期支护的最大拉、压应力影响明显大于二次衬砌结构,相对于无围岩裂隙,含水裂隙的存在推迟了衬砌结构应力出现的计算时间并使围岩各截线位置的第一主应力变化规律由W型转变为V型;(3)相变潜热和含水裂隙对衬砌结构的最大拉、压应力位置,衬砌结构和围岩的主应力分布规律及量值大小均有一定影响,实际工程中应注意减小围岩裂隙对结构的影响;(4)本研究结论可为类似高寒地区相变潜热和围岩含水裂隙对隧道冻胀力的影响大小提供借鉴或参考。
  • 徐前卫, 贺翔, 孙梓栗, 陈国中, 马少坤
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 61-66.
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    研究目的: 隧道穿越滇中红层这一特殊地质条件下的变形主要为局部塌方、支护结构开裂破坏,为确保类似工程的顺利实施和人员设备的安全,本文针对南华一号隧道穿越全风化、强风化泥岩地层出现的局部失稳、大变形问题,在现场调研和监控量测的基础上,分析其失稳断面的变形及应力特征,并结合数值模拟结果,提出控制围岩变形的有效措施。
    研究结论: (1)三台阶工法施工过程中,中、下台阶施工对围岩的扰动程度相对较大;(2)隧道开挖后,拱顶和拱肩处围岩压力随时间的变化趋势是先减小再趋于稳定,而拱腰处围岩压力随时间的变化趋势是先增大然后趋于稳定;(3)采取局部布置锚杆、局部围岩注浆加固、施作锁脚锚杆等控制措施,可有效控制局部围岩失稳及围岩变形,相关措施可为今后类似工程提供借鉴和指导作用。
  • 丁智, 洪哲浩, 张航基, 冯丛烈, 张转转
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 67-71.
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    研究目的: 为研究双线盾构隧道施工引起的管线横向及纵向变形规律,本文依托杭州地铁2号线某盾构区间段工程,采用适合杭州软土地区的土压平衡盾构刀盘扭矩计算方法,计算本工程对应的各种刀盘扭矩因子并得出最大理论扭矩值,将计算得到的刀盘扭矩因子与其他学者的研究成果进行对比分析,并研究盾构掘进时管线变形与刀盘扭矩的相关性。
    研究结论: (1)软土区双线盾构引起的管线横向变形在研究断面上呈现“W双峰”形状,且后行线施工引起的变形量大于先行线;(2)对于双线盾构施工引起的管线纵向变形,测得盾构接近时与刚通过时对管线变形影响较大,盾尾通过研究断面4 d左右纵向变形趋于稳定;(3)通过对比不同案例下刀盘扭矩计算因子得出影响盾构施工刀盘扭矩的主要因子是T4T5;(4)分析得出管线变形与刀盘扭矩和单环排土量的比值呈现正相关的趋势;(5)本研究成果对控制杭州软土区双线盾构施工引起的管线变形具有参考价值。
  • 韩侃, 王秉勇
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 72-77.
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    研究目的: 由于隧道是地下修建的线状结构物,围岩状况较复杂,再受勘察技术的限制,在设计阶段完全准确地判断前方地质条件很难做到。盲目施工会造成塌方、涌水、涌泥、有害气体等地质灾害或安全事故,因此在施工阶段开展有效的监控量测和超前地质预报工作非常必要,利用观测和超前预报结果及时修正设计和施工方法使之适合实际的围岩状况,确保施工的安全性和经济性。目前隧道施工过程中完善地质工作也是我们迫切要解决的问题之一。本文通过对几条铁路部分隧道超前地质预报数据分析及探测技术进行深入研究。
    研究结论: (1)TSP法对能给施工带来安全隐患的断层、软弱的含煤地层及采空区、岩溶强烈发育区、含水体、节理裂隙发育区等的预报是比较准确的;(2)目前TSP法还不能对溶洞的形态、含水体的含水量及水压、煤层的瓦斯含量等进行准确判断;(3)在埋设接收器导管时应采用环氧树脂或锚固剂进行耦合,绝不能采用黄油进行耦合,只有这样才能保证P波—纵波、SH波—横波、SV波—横波的正常接收;(4)由于物探方法的多解性及间接性(通过围岩的物性参数来推测围岩的结构)的影响,TSP法只能对掌子面前方的物探异常进行定性和半定量解释,为了使物探地质解译更准确,需要用少量的超前水平钻探(含加深炮眼探测)进行验证或多种物探手段结合建立综合超前地质预报体系;(5)本研究成果可为岩质隧道超前地质预报的精确判译提供参考。
  • 站场、房建与枢纽
  • 杨佑发, 谢霖涛, 陈前
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 78-83.
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    研究目的: 以改建铁路宁西线渭南西站站台雨棚结构和天水南站站台雨棚结构为研究背景,采用非线性动力拆除构件法,对两种不同结构布置形式的“Y”形雨棚结构典型单元进行抗连续倒塌性能对比分析,研究两种结构的连续倒塌抗力机制和失效模式;并提出增设钢桁架和增设斜拉索两种抗连续倒塌措施,研究两种措施对结构抗连续倒塌性能的提升作用。
    研究结论: (1)KZ1是雨棚结构的薄弱部位,KZ1失效后RC模型和ST模型相对承载力均小于1.0;(2)ST模型较RC模型具有更强的抗连续倒塌性能,尤其是在悬链线机制阶段,前者的相对承载力较后者提升超过了50%;(3)增设钢桁架和增设斜拉索措施均能有效增强雨棚结构的抗连续倒塌能力;(4)该研究成果可为评价站台雨棚结构的抗连续倒塌能力提供参考。
  • 江张宿
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 84-88.
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    研究目的: 东南沿海地区风灾频发,对站房钢结构稳定性影响巨大。为预测大型悬挑异型曲面钢结构在施工过程中发生的强度破坏和安全事故,本文以宁波站站房南北两侧“雨滴”钢结构为工程背景,通过有限元数值模拟和现场实际监测对“雨滴”钢结构进行稳定性分析和监测控制研究,找出大跨度悬挑结构在施工过程中的危险区域,从而提出针对危险区域的应对措施。
    研究结论: (1)通过有限元MIDAS/GEN对施工过程中位移及应力进行数值模拟,得到变形最大值都在2号弧形梁S2.3、S2.4处,变形值分别为40.739 mm、42.718 mm、43.711 mm;(2)在施工过程中,对卸载、加上幕墙重量和考虑台风三种工况进行应力与变形监测,得到三种工况下实测变形最大值都在2号弧形梁S2.3、S2.4处,变形值分别为42.362 mm、42.312 mm、48.323 mm;(3)通过实测数据与模拟结果的对比,应力最大值在结构根部位置,最大值为166 MPa,施工前应对根部进行加固处理;(4)“雨滴”钢结构结构最大应力监测数值与模拟数值大体一致,施工过程在安全可控范围内;(5)本研究成果可为日后类似钢结构的施工和稳定性评价提供相关参考。
  • 城市轨道工程
  • 张连震, 李志鹏, 张庆松, 俞然刚, 冯慧君
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 89-94.
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    研究目的: 在隧道工程砂层劈裂注浆或压密注浆工程中都伴随着砂层的压密现象,被压密砂层性能的提升幅度对于注浆加固体的整体性能具有显著影响。基于此,以黏聚力、内摩擦角、渗透系数作为表征砂层压密加固效应的性能指标,以青岛地区含黏性土砂层为典型砂层介质,测试不同黏性土含量条件下砂层性能随压密程度的增长情况,获得砂层各项性能指标与所受压力的定量关系,在此基础上分析黏性土含量对被压密砂层性能提升幅度的影响,提出以临界黏性土含量为指标的砂层压密加固有效性评价标准。
    研究结论: (1)注浆压密作用可显著提升砂层的各项性能指标,在室内试验条件下,砂层黏聚力增长了30.8~87.6 kPa,内摩擦角提高了13°~15°,渗透系数降低了2~5个数量级;(2)被压密砂层性能提升幅度与黏性土含量正相关,当砂层黏性土含量小于临界黏性土含量时,砂层无法通过压密手段进行有效加固;(3)该研究结果可应用于隧道工程穿越砂层注浆加固领域,对注浆设计有一定借鉴作用。
  • 胡志平, 马甲宽, 邓红涛, 杨辉, 张永辉
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 95-100.
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    研究目的: 本文依托西安地铁5号线雁鸣湖停车场段双连拱隧道浅埋暗挖工程,结合该工程中导洞+上下台阶施工方法,探讨双连拱地铁隧道在黄土地区应用的关键技术,并从地表沉降、对既有隧道影响、新建隧道衬砌应力变化及变形规律四个方面论述双连拱隧道施工的力学行为变化规律。
    研究结论: (1)受中导洞分割作用,左、右正洞施工相互影响微弱,其初衬变形规律基本相同,双连拱隧道施工引起的地表沉降可以认为是中导洞、右洞、左洞独立开挖引起的地表沉降的叠加;(2)当前施工方案下既有隧道主要产生整体性偏移,最大水平位移及竖向位移分别为7.2 mm、5.5 mm,而其最大拱腰收敛量仅为2.25 mm,最大应力变化量仅为0.35 MPa;(3)初衬拱顶沉降可分为三个阶段:迅增阶段、缓增阶段、稳定阶段,其中迅增阶段(超过监测断面2倍洞径以内)为施工过程中的关键阶段,施工过程中应加强监测,并根据实测数据采取相应保护措施;(4)初衬施工过程中,随着后行洞的开挖,中隔墙受力逐渐对称,墙中心水平偏移及墙角应力偏差减小,初衬施工结束时中隔墙受力及变形已基本恢复对称;(5)本研究可为黄土地区城市地铁双连拱隧道施工关键技术及力学行为规律的进一步研究提供有益参考。
  • 卢炜, 马帅, 高亮, 刘秀波
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 101-106.
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    研究目的: 轨道不平顺谱(简称“轨道谱”)是评价轨道状态的重要指标,同时也是指导轨道结构与机车车辆设计的关键参数。本文通过计算北京地铁6条线路的轨道谱,分析、验证轨道谱的概率分布,并对轨道谱进行对比分析与拟合计算,从而揭示轨道谱的统计特征与评估线路整体的轨道平顺性。
    研究结论: (1) 北京地铁线路轨道谱近似服从χ2(2)分布;(2)各线路的高低和轨向谱均存在空间频率为0.04 m-1整数倍及0.376 m-1的窄带谱峰,部分线路存在空间频率为0.3~0.4 m-1的宽带谱峰;(3)北京地铁整体上轨道平顺状态较好,新建线路的轨道平顺性优于早期线路;(4)利用高铁无砟轨道谱公式通过最小二乘法计算得到了北京地铁轨道谱的拟合系数;(5)本研究成果能够用于指导轨道状态评估与地铁线路设计,同时还可为其他城市地铁线路轨道谱的研究提供参考。
  • 工程经济与管理
  • 王淑雨, 韩同银, 王莹莹
    铁道工程学报. 2020, 37(3): 107-112.
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    研究目的: 成功的项目管理要求尽量满足不同利益相关方的需求。为减少铁路建设冲突、实现和谐铁路建设,识别项目利益相关方并对其影响力进行评价,从而确定平衡各方利益的管理方案十分重要。
    研究结论: (1)确定了铁路工程项目关键利益相关方,包括政府(铁路监管部门)、投资方(国铁集团、地方政府与金融机构)、专业组织(建设单位、施工单位、勘察设计单位与监理单位)、公众(社会公众)共四大类、9个利益相关方;(2)利益相关方的影响力本质上是通过影响项目管理的不同要素实现的,影响力形成可以归纳为“接触—认知—说服—传播”四个环节、18个影响因素,根据进一步筛选结果,得到权力、资源、利益、满意度、风险、价值倾向性、独立性和行为等8个指标;(3)基于层次分析法构建了影响力评估模型,并根据问卷调查结果统计分析得到:投资方与政府的综合影响力远超过其他关键利益相关方;专业组织影响力水平相对稳定,需要着重平衡风险与其他影响力指标的关系;与投资方和政府的影响力关系处于负相关的公众群体处于劣势地位;(4)本研究成果主要应用在建设工程管理领域,可为铁路建设管理各方完善沟通管理工作提供借鉴。