铁道工程学报

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王新刚, 夏唐代, 张龙菊, 朱连勇, 康浩

铁道工程学报. 2023, 40(5): 1-7.

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研究目的：盐渍土在我国西部地区广泛分布,研究盐渍土的小应变动力特性,可以为铁路工程设计提供技术支持。本文通过盐渍土GDS共振柱试验系统,对南疆地区盐渍土进行共振柱试验,在不同干密度、Na₂SO₄含量变化条件下探讨盐渍土剪切模量G₀变化规律。对不同Na₂SO₄含量盐渍土进行扫描电镜试验,采用IPP软件对SEM图像进行定量分析,从微观层面分析Na₂SO₄含量对盐渍土剪切模量影响。
研究结论：(1)同一含水率和干密度条件下,G₀随Na₂SO₄含量增加而增大;(2)利用Na₂SO₄含量作为状态变量,对Hardin方程进行修正,使Na₂SO₄含量对G₀的影响得到了合理的考虑;(3)由不同Na₂SO₄含量的SEM图像可以发现,随着含盐量增加,Na₂SO₄结晶颗粒越来越多,晶体形态为长柱状,颗粒间的连接方式由片架接触和堆积接触转变为胶结接触;(4)随着Na₂SO₄含量增加,大孔隙面积百分含量明显减小,土体更密实,土颗粒间连接方式的改变是G₀变化的主要原因,Na₂SO₄含量20%为G₀变化的显著性拐点;(5)本研究成果可为盐渍土地区工程设计提供参考。

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基于三轴试验的泥岩力学特性及强度准则研究

运凯, 朱永全, 郭小龙, 方智淳

铁道工程学报. 2023, 40(5): 8-15.

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研究目的：泥岩在我国有着广泛的分布,其力学性质与其自身含水率有着重要的关系,在各类工程施工中,经常会遇到因泥岩遇水后强度显著降低而引发结构失稳等工程现象。为明确泥岩遇水后强度折减与含水率关系,本文开展不同含水率(0、10.1%、12.5%和14.1%)和不同围压(0 MPa、2 MPa、5 MPa和10 MPa)条件下泥岩三轴压缩试验和间接拉伸试验,以探究适用于软化泥岩的强度准则。
研究结论：(1)围压及含水率增大,该泥岩由脆性破坏过渡为延性破坏,其力学性质逐渐接近于正常固结黏土或松砂的特点;围压越高,其强度和弹性模量越大,含水率增高,其强度和弹性模量显著减小,应变增大;(2)泥岩含水率越高,围压对强度的影响作用就越大;低围压环境下(0~2 MPa),泥岩强度随含水率升高而降低的特征较为明显;(3)随着含水率的升高,泥岩抗拉强度和抗剪强度均显著降低,其中抗剪强度中内摩擦角比黏聚力对含水率的变化更为敏感;(4)Rocker强度准则在6种常用强度准则中可更准确地预测不同含水率下泥岩强度,依照该强度准则,提出了考虑含水率效应的软化泥岩非线性强度准则并验证其具有良好的适用性;(5)本研究成果可为各类涉及泥岩的工程提供强度理论依据和工程参考。

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普速铁路道岔段场地振动特性原位试验研究

刘必灯, 宋瑞祥, 陈长君, 张婧, 邬玉斌

铁道工程学报. 2023, 40(5): 16-24.

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研究目的：通过对普速铁路轨道及线路外场地土环境振动联合实测,以了解站场密集道岔段场地振动特征及产生原因,并提出采用双参数幂律分布规律对场地环境振动进行预测。
研究结论：(1)车速无显著差别情况下,正线段场地土最大Z振级VL_Zmax比道岔段小10 dB以上;(2)道岔区和过渡区源强振动相当,但轨道外场地土振动衰减特征差异明显,其可能原因与道岔段浅埋低刚度粉质黏土层有关;(3)累积前10%计权Z振级VL_Z10%评价指标能较好地反映长大挂货车全车通过引起场地振动的平均效应,降低车头到达冲击引起的瞬时振动增大效应影响;(4)幂律分布规律y=A×x^α能较好地描述列车运行引起场地最大Z振级随振源距的衰减特征,其“尖峰长尾效应”和“无标度特性”能通过两点实测方便实现衰减断面上任意位置振级的预测;(5)本研究成果可为轨道交通环境振动影响预测和评价提供参考或借鉴。

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水泥搅拌桩加固风积沙地基液化模型试验研究

朱兆荣, 周垣, 吴红刚, 朱宝龙

铁道工程学报. 2023, 40(5): 25-31.

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研究目的：风积沙组成颗粒粒径分布在0.25～0.074 mm之间,无黏性,具有较强的动力易损性,受震易液化。因此,本文以某铁路沿线风积沙地基加固为背景,通过振动台试验,研究水泥搅拌桩加固风积沙地基的抗液化效果,以及在多次强震激励下的液化规律。
研究结论：(1)水泥搅拌桩能提高风积沙地基的抗液化阻力,且该性能与地基深度呈反比关系,浅层效果最强,深部最弱;(2)在强震激励下,加固区与非加固区液化规律相似,中部最易液化,深层次之,浅层影响最小;(3)水泥搅拌桩加固风积沙地基能显著降低地表沉降,同时多次强震能提高桩基浅层的抗液化效果,中部与深层则反之,值得说明的是,紧邻的二次同等级强震,水泥搅拌桩对中部地基的抗液化效果几乎失效;(4)本研究成果可为风积沙地基的加固设计与震后针对性二次修复提供参考依据。

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时速310 km高速列车过桥诱发大地振动特性分析

雷晓燕, 汪翠, 王鹏生, 罗锟

铁道工程学报. 2023, 40(5): 32-38.

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研究目的：针对高速列车以时速310 km通过桥梁诱发的大地振动问题,利用MATLAB软件建立列车-轨道-桥梁耦合系统动力有限元模型并提取轮轨力,进而将轮轨力施加于三维轨道-桥梁-大地有限元模型中,获取大地振动响应;选择沪昆高铁江西段某高架轨道,现场测试列车高速通过桥梁时诱发的大地振动响应,将有限元仿真与现场测试对比分析。
研究结论：(1)有限元分析与现场测试结果在25～80 Hz范围内吻合良好,加速度有效值的最大误差为0.006 m/s²,有限元模型满足精度要求;(2)高速列车通过桥梁诱发大地振动的激励源主要是呈周期运动的列车轴荷载,大地垂向振动能量主要集中在3.15～80 Hz频段范围,优势频率为20～63 Hz,随着中心频率增加,加速度振级呈增大趋势;(3)距离桥墩中心线大于20 m,高速列车通过桥梁引起的大地振动低于城市区域环境振动标准65 dB;(4)本研究成果可为高速列车通过桥梁诱发大地振动预测提供参考。

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循环直剪试验对道砟剪切性能影响的研究

陈宪麦, 陈楠, 魏子龙, 杨飞, 尤明熙, 王卫东

铁道工程学报. 2023, 40(5): 39-46.

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研究目的：为研究循环剪切对道砟颗粒的影响,采用离散元法对道砟进行大型直剪试验仿真,根据试验数据验证模型的正确性,并在此基础上对其进行双向循环剪切,模拟并分析循环剪切、法向荷载、脏污程度等各种工况对道砟应力应变、剪胀、接触力分布各向异性等性能的影响。
研究结论：(1)道砟的剪切应力随法向荷载的增大而增大,随污染程度的增大而减小;(2)循环剪切后,道砟颗粒的分布更加密集,即经过循环剪切的道砟集料体积压缩量随法向荷载、污染程度、循环次数的增多而加大;(3)不同循环次数、不同脏污程度下,道砟颗粒间法向接触力分布呈“8”字形、切向接触力分布呈“X”形;(4)法向和切向平均接触力大小均与法向加载力呈正比,与脏污程度和循环次数呈反比,即道砟脏污和循环作用会降低颗粒间的法向和切向接触力,弱化道砟颗粒的力学性能,增加其恶化的可能性;(5)本研究结论可应用于有砟轨道方面的研究。

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基于动力响应的高铁桥梁设计参数敏感性分析

班新林, 杨全亮, 苏永华

铁道工程学报. 2023, 40(5): 47-51.

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研究目的：为了揭示高速列车作用下高速铁路简支梁和列车动力响应的主要影响因素,量化各设计参数的敏感性。本文分别针对跨度32 m、40 m简支梁,考虑3个设计参数的3个试验水平,建立L₉(3⁴)正交试验表,每次试验均进行车桥耦合动力仿真分析,得到梁体跨中加速度、车体竖向加速度和轮重减载率等指标,并对试验结果展开极差分析和方差分析。
研究结论：(1)对于32 m简支梁和40 m简支梁,残余徐变上拱引起的桥面线形变化对梁体跨中加速度、车体竖向加速度、轮重减载率影响均最显著,大部分敏感性置信度均大于99%;(2)简支梁的基频和挠跨比对梁体跨中加速度有一定的影响,对车体竖向加速度和轮重减载率影响较小;(3)基于正交试验的敏感性分析方法节省了大量的车桥耦合分析工作量,试验数据的极差和方差分析结果也可以直观和定量地表示出设计参数的敏感性;(4)本文研究成果可为高速铁路桥梁设计与动力性能研究提供借鉴与参考。

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铁路斜拉桥上动车组制动试验分析

孟鑫, 董振升, 王巍, 王一干, 赵健业, 刘鹏辉, 杨宜谦

铁道工程学报. 2023, 40(5): 52-57.

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研究目的：在主跨532 m的铁路钢桁梁斜拉桥上开展动车组制动试验(B5级、紧急)及启停试验,以期为研究动车组制动力及其传递特征、车-线-桥动力响应积累数据,并为确定铁路桥梁制动力荷载提供实桥验证和理论分析依据。
研究结论：(1)动车组80 km/h紧急制动时车体最大加速度为0.157g、满级牵引时车体最大加速度为0.067g;(2)桥梁下弦杆纵向振幅最大值为0.41 mm、纵向加速度最大值为0.041 m/s²;(3)梁端处制动时支座纵向动位移变化明显,最大值为1.62 mm;(4)桥塔处制动时支座纵向动位移为结构整体变形、最大值为5.38 mm;(5)下行和上行侧梁缝、梁缝与支座、支座和阻尼器变形趋势一致,数值接近;(6)梁轨相对纵向动位移和钢轨纵向力小于规范限值;(7)本试验结果可为桥梁设计、运营性能评估提供参考。

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钢箱梁桥腹板螺栓群偏心剪切力学仿真分析

杨三强, 康义彤

铁道工程学报. 2023, 40(5): 58-63.

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研究目的：长期以来,钢箱梁连接处螺栓群是钢桥连接处结构受力变形的研究热点,螺栓群的破坏模式与力学分析是研究难点。本文依托国道G102线秦皇岛市区段钢箱梁桥,对腹板连接处的高强度螺栓群进行在偏心剪切力作用下的受力分析,以提高钢桥螺栓群节点的安全性。
研究结论：(1)在偏心剪力作用下改变偏心距时,腹板处连接的螺栓群中每排螺栓所受应力的分布具有相似性,但对于螺栓群变形有较大影响,偏心距越大,受影响的螺栓变形量越大,且每增加1 mm偏心距,受影响的螺栓变形增加7.32%;(2)在无支撑条件下的梁段连接处的高强度螺栓群最不利受力位置为偏心剪力同侧;(3)在确保结构安全的条件下,可以适当减少连接板中部的螺栓排数;(4)通过研究得出了钢箱梁腹板螺栓群在各工况下的受偏心剪切力状态,研究成果可为钢箱梁桥腹板螺栓群设计、施工与监测提供理论支撑与应用价值。

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地震作用下斜拉桥不同工况碰撞效应研究

张培, 赵科, 赵维刚, 马成贤, 郭进

铁道工程学报. 2023, 40(5): 64-68.

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研究目的：世界各地地震频发,出于结构抗震性能以及社会和经济效益考虑,需对大跨度斜拉桥的主引桥碰撞问题进行研究,以控制地震破坏程度。
研究结论：(1)主引桥间距选值影响主梁残余位移变化;(2)引桥的存在可降低主梁梁端残余位移;(3)周期比、质量比、间距与主桥墩底弯矩和引桥对主桥碰撞做功的相关性分别为88%、91%;对弯矩影响程度由大到小的因素排序是:周期比(75.44%)、质量比(23.13%)、间距(1.43%);对碰撞做功影响最大的是质量比,最小的为周期比,且质量比和间距产生的是正影响,周期比产生的是负影响;(4)通过统计分析分别得到了三种因素与弯矩、碰撞做功之间的线性回归方程;(5)本研究成果可为桥梁抗震设计提供参考。

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双孔限排区间衬砌水压力分布特征研究

高鑫, 王文娟, 冯世杰, 李清菲, 吕显州

铁道工程学报. 2023, 40(5): 69-74.

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研究目的：针对空间接近分布的限排隧道衬砌水压力设计取值问题,仅仅计入单孔洞室周边地下水的渗流效应,忽略不同隧道之间排水效应的相互干涉与影响,结构设计难免存在保守与浪费的情况。本文以青岛地铁某双孔限排区间为依托工程,研究与分析区间净距、水头高度、正线高差、围岩渗透系数四个关键因素下衬砌水压力的分布特征。
研究结论：(1)双孔区间互为排流泄压孔,排水效应相互促进,具有显著缓解与改善衬砌水压力的优点;(2)衬砌水压力及其降幅关于区间净距呈负相关变化,前者随着区间净距的不断增加逐渐增大而后者逐渐减小;(3)衬砌水压力降幅对水头高度的变化并不敏感,建议按照水头高度加权计算衬砌水压力降幅以便用于工程设计;(4)双线正高差时仰拱水压降幅较大,负高差时拱顶、内侧拱肩与边墙水压降幅较大;(5)围岩渗透性能越差,衬砌水压力越小、降幅越大的双赢效果越显著;(6)除正线高差因素以外,水压力降幅影响程度排序都是:内侧边墙>内侧拱肩>仰拱>拱顶>外侧拱肩>外侧边墙;(7)应考虑非对称结构与排水设计形式,抑或是将此部分冗余水压降幅作为管路堵塞、排水不畅时的安全储备;(8)本研究成果可为双孔限排区间衬砌合理水压力设计取值提供借鉴与参考。

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降雨过程中隧道衬砌水压力的动态规律研究

郭瑞, 郑波, 吴剑, 王立川, 孟亮

铁道工程学报. 2023, 40(5): 75-81.

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研究目的：持续强降雨往往会使隧址区地下水位在短时间内迅速上升,导致作用在衬砌上的水压力显著增大,而当衬砌水压力达到临界值时,会导致隧底隆起、边墙爆裂、大面积渗漏水等病害现象出现,严重影响隧道运营安全。因此,研究降雨过程中山岭隧道水压力的动态特征及缓解措施,对保障隧道结构安全显得尤为重要。
研究结论：(1)当围岩渗透系数较大时,降雨强度和降雨持续时间对隧道衬砌水压力的动态变化影响显著,隧址区遭遇持续强降雨时,衬砌承受的水压力可在短时间内快速突变增大,这种突变上升的水压力对结构安全是潜在威胁因素;(2)盲管的布设密度、排导系统的畅通性、隧底排导结构及泄水孔等在一定程度上可缓解因强降雨导致衬砌水压的突变;(3)当岩溶管道和地表连通性能较好时,地表降雨和隧道洞内泄水量存在一定的对应关系,洞内的泄水量或衬砌所承受的水压力对地表的降雨更为敏感;(4)本研究成果可为隧道的防排水设计、施工及运维提供参考和借鉴。

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高铁股道运用对到达间隔影响的分析及检算

杨晓, 李博, 郑平标, 鲍晶晶, 孙鹏举, 安迪, 王睿

铁道工程学报. 2023, 40(5): 82-87.

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研究目的：大型客站的列车到达追踪间隔是高速铁路列车追踪间隔的瓶颈,目前车站股道运用对列车到达追踪间隔的影响机理尚未完全明确。为压缩列车到达追踪间隔,本文基于列车追踪运行机理,对列车到达间隔与前后车接车进路交叉道岔位置、列车接入不同股道走行时间差别等关键因素之间的关系进行理论解析,提出一种基于信号时间补偿的列车到达追踪间隔检算方法,并以实例验证给出方法的有效性,以及车站股道运用对列车到达追踪间隔的影响。
研究结论：(1)前后行列车接车侧线股道相邻,不利于压缩列车到达追踪间隔;(2)前后行列车接车进路交叉道岔距离车站中心远,利于压缩列车到达追踪间隔;(3)优先安排接车进路交叉点距离车站中心远、前行列车接外侧、后行列车接内侧,可以有效压缩列车到达追踪间隔;(4)研究提出的基于车站股道运用排序的列车到达追踪间隔检算方法,能够有效支撑精细化列车运行图编制及调度指挥调整。

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隔震框架结构长周期地震动响应与损伤机理

杨佑发, 向双龙, 金鸿慎

铁道工程学报. 2023, 40(5): 88-95.

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研究目的：采用隔震技术可有效改善山地掉层框架结构的抗震性能,但山地地区常紧邻地震断裂带与大型沉积盆地,这为近断层脉冲型长周期地震动(近场型)和远场长周期地震动(远场型)的孕育提供了条件。在实际工程设计中,常常忽略长周期地震动对隔震结构的危害性,且对于长周期地震动作用下隔震结构减震性能的研究尚未完善。
研究结论：(1)基于Hilbert-Huang变换(HHT)方法实现了对两类长周期地震动的特殊长周期成分的提取;(2)针对铅芯隔震掉层框架结构,将提取特殊长周期成分后的地震动的结构响应与原始地震动的响应进行对比,依据各类结构响应的改变量进一步揭示不同长周期成分对隔震框架结构的控制效应;(3)隔震框架结构在近场地震动作用下主要产生隔震垫位移过大的首次超越破坏,而在远场长周期地震动作用下除了产生较大的隔震垫位移,还需对隔震垫的能量滞回效应引起重视;(4)本研究成果可为山地建筑结构的设计提供参考。

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装配式建筑全寿命周期智能建造技术体系构建

熊浩, 伍军, 蔡国庆

铁道工程学报. 2023, 40(5): 96-101.

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研究目的：本文以装配式建筑为研究对象,明确了智能建造体系运转的业务协同逻辑,梳理关键智能建造技术,构建基于设计、生产、施工阶段的智能建造技术体系,为进一步完善和发展装配式建筑智能建造模式提供方向和思路。
研究结论：(1)管控平台作为智能建造体系的中枢,实现对产业链上下游的统一管理,解决业务阶段存在的信息孤岛问题;(2)参建各方资源很难协调一致,需要保持产业链利益分配持续动态优化,才能更好地实现精细化智能建造;(3)智能建造体现了系统集成下的生产组织方式变革,应积极推行工程总承包模式,促进设计、生产、施工深度融合,促进全产业链协同;(4)本研究成果可为智能建造技术集成应用提供新的思路。

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复杂地层地铁盾构井施工土体竖向变形规律

李炜明, 朱义, 王慕鸿, 连杰, 刘旭强, 吴政

铁道工程学报. 2023, 40(5): 102-109.

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研究目的：复杂地层大直径地铁盾构井基坑施工过程中,土体变形受到诸多因素影响,具有显著的地区、形状等差异性,有必要基于施工前的数值模拟与施工中的监测数据,进行施工土体变形规律研究。
研究结论：(1)基于假设条件与工程简化模型,对于本工程初始方案的12个典型工况进行了数值模拟,基坑长边、短边方向上12个施工步可能出现的最大竖向变形分别为17.21 mm、50.81 mm,应在施工过程进行实时监测;(2)施工过程中,监测竖向变形最大值为28.01 mm,已接近工程允许值30.00 mm,建议适当延长监测周期;(3)对于本工程而言,监测区段的竖向变形在空间上与理论曲线较为接近,并随盾构井开挖深度增加而增大,同时因为监测点布置空间距离较小等因素影响,监测数据在空间上未能形成空间上的完整沉降槽;(4)数值模拟与工程实际存在差异,而施工监测由于多类条件限制,数据通常不完备,施工中二者应相互补充;(5)本研究成果可为类似地铁基坑工程的土体竖向变形规律研究提供参考。

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管线渗漏影响下盾构引起管-土变形试验研究

施鑫, 荣传新, 王厚良, 孙学军, 崔林钊, 程桦, 蔡海兵

铁道工程学报. 2023, 40(5): 110-115.

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研究目的：在非饱和地层盾构下穿既有管线过程中,管道本身若存在长期“暗渗”,将使得管–隧间土体稳定性大大降低,当盾构开挖面接近管线下方时,容易引起地层及管线过度沉降,进而引发工程事故。为研究非饱和黏土地层管线渗漏影响下隧道盾构施工扰动引起的地层及管线变形规律,开展盾构施工与管线渗漏耦合作用三维模型试验,分析管线渗漏水扩散规律、施工全过程中地层沉降发展规律以及管线应力应变特征。
研究结论：(1)最终渗漏水扩散范围以竖向为主,横向扩散长度增加19%,竖向扩散长度增加46%; (2)渗漏水降低了管线底部土体抗剪强度,在隧道开挖扰动下,弱化后的地层稳定性受到更大的影响,随着深度的增加影响越大,模型试验中测得地层中心埋深330 mm处(原型9.9 m)在单、双线隧道贯通后沉降量分别增加64.6%和45.4%; (3)受隧道二次开挖重复扰动的影响,双线隧道贯通后的管线应变值远高于单线隧道开挖,地层沉降及管线变形呈现“U”形,管线最大拉应力位置偏向于先开挖的左线隧道; (4)本研究成果可为相似条件下盾构下穿给排水管线的稳定控制提供借鉴和参考。

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企业承担国家重点研发计划项目管理思考

刘丰

铁道工程学报. 2023, 40(5): 116-120.

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研究目的：企业在国家重点研发计划项目实施的参与度、话语权日益提高。本文从研发管理角度出发,分析了企业牵头承担国家重点研发计划项目特点,结合企业实施具体项目和管理实践,对企业有效参与国家重点研发计划项目提出意见和建议。
研究结论：(1)重视参与本行业或领域内国家重点研发计划顶层设计、决策、项目形成等,联合高校、产业链上下游企业积极承揽项目;(2)强化项目一体化组织实施,实行“2层+3线+5助理”分级分类管理,提高项目完成质量;(3)加快企业研发管理职能转变,大力提升关键领域核心技术攻关能力,促进企业科技自立自强;(4)本研究成果已支撑多个国家重点研发计划项目高分通过综合绩效评价,可为企业类似重大科技项目管理提供借鉴和参考。

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刊出日期：2023-05-15

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