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2023年, 第40卷, 第9期 
刊出日期:2023-09-15
  

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    长大干线:工程地质与路基
  • 田小革, 李光耀, 窦文利, 昶慧芹, 李慧珍, 胡宏立, 罗楚钰
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 1-7.
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    研究目的:粉砂土分布地区路基在干湿循环及行车荷载往复作用下累积变形特性更加复杂,影响路基在服役期间的耐久性。本文通过室内GDS动三轴试验测试围压、含水率、动应力幅值、压实度以及干湿循环次数对粉砂土在动载作用下的累积变形特性规律,并基于Monismith模型对试验结果进行回归,分析粉砂土在不同因素影响下累积塑性应变模型的参数值变化规律。
    研究结论:(1)粉砂土累积塑性应变与荷载振动次数呈现非线性关系,均表现出先快速增长后缓慢增长,最终趋于稳定;(2)累积塑性应变的大小与压实度、围压呈负相关性,而与动应力幅值、干湿循环次数呈正相关性,随着含水率的增长,累积塑性应变先减小后增大;(3)试样经过1次干湿循环后,其累积塑性应变增长幅度最为显著;(4)根据Monismith模型得到的预测值与试验值拟合度较高,模型参数a/c值大小在一定程度上可以反映不同因素影响下粉砂土累积塑性应变变化规律;(5)本研究结论可为粉砂土地区路基在动载和干湿循环作用下的动力特性研究提供参考和借鉴。
  • 童立红, 薛威, 徐长节, 刘明明
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 8-15.
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    研究目的:黏土在间歇动载作用下的刚度软化是黏土重要的动力特性之一,同时土体在间歇期会发生内部结构的调整,从而对土体的力学性质产生影响。为探究间歇动载作用下黏土刚度的变化特性,采用共振柱试验系统,对南昌地区粉质黏土在间歇振动荷载作用下的模量软化及恢复进行研究。试验中详细地研究了荷载幅值、含水率、围压等因素对土体模量变化的影响,并引入土体模量演化模型,对土体软化和恢复的关键影响因素进行分析。
    研究结论:(1)随施加动载幅值的逐渐增加,土体模量软化程度也显著增强;含水率对土体软化指数的影响与其对干密度影响相似;(2)增大围压能够提高土体的抗软化能力,有利于减小土体在间歇性动载下所产生的变形;(3)黏土在间歇动载作用下的软化和恢复可以统一由所引入的理论模型进行描述,证实了所引入的理论模型的适用性;(4)尽管本文是针对区域性土进行的研究,但是采用的分析方法、使用的模型及相应的结论可以推广至其他地区黏土相关性质的研究。
  • 长大干线:线路与轨道
  • 杨飞, 孙宪夫, 宁迎智, 刘丙强, 谭社会, 梁晨
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 16-22.
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    研究目的:高速铁路部分竖曲线区段长期存在长波高低不平顺超限和舒适度不良的问题。本文基于大量动检数据,分析竖曲线参数设置对轨道动态不平顺的影响,提出综合考虑长波高低不平顺和车体垂向加速度两方面的实设竖曲线参数优化策略。
    研究结论:(1)竖曲线长度大于动态检测的最大截止波长时,长波高低不平顺在竖曲线起终点处呈现出一对近似对称的简谐波,竖曲线段波峰方向与实际一致;竖曲线长度小于动态检测的最大截止波长时,这对简谐波在竖曲线区段内的两个波峰将合并成一个波峰,幅值约是原来的2倍;(2)设计速度350 km/h且最小竖曲线半径取25 000 m时,车体垂向加速度达到0.59 m/s2,超过经验值0.40 m/s2;(3)设计速度350 km/h和300 km/h条件下,在坡度代数差大于或等于3.3‰时,实设最小竖曲线半径宜取25 000 m,在小于3.3‰时宜取30 000 m;设计速度250 km/h条件下,在坡度代数差大于或等于2.8‰时,实设最小竖曲线半径宜取20 000 m,在小于2.8‰时宜取25 000 m;(4)精调实践验证了增大竖曲线半径可以显著降低竖曲线区段的长波高低不平顺,提高旅客乘坐舒适度,可为高铁线路养护维修提供理论支撑和有效方法。
  • 林凤涛, 张子豪, 翁涛涛, 方琴, 贾喆, 陈武, 黄金霞
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 23-32.
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    研究目的:针对不同行车条件下,高速列车通过钢轨焊缝区高频振动及轮轨冲击损伤问题,应用列车系统动力学理论,构建车辆–轨道耦合动力学模型,对钢轨焊接区典型不平顺对轮轨垂向动态响应特征及发生疲劳损伤的可能性进行研究。
    研究结论:(1)高速列车通过下凹型焊缝的轮轨冲击作用强于上凸型焊缝,通过W型不平顺的轮轨垂向动态作用强于V型不平顺;(2)随着焊缝区不平顺波深的增加或波长的减小,轮轨垂向响应增强,在铁路钢轨养护中,建议以波深0.4 mm及波长0.4 m为焊缝区限值进行打磨养护;(3)结合安定理论,确定钢轨焊缝的疲劳损伤区,横移量大于9.5 mm时,疲劳因子大于零,当横移量达到10.1 mm,上凸型焊接区疲劳因子达到0.041,下凹型焊接区疲劳因子达到0.068,下凹型焊缝更容易产生疲劳裂纹;(4)本研究成果可为高速铁路焊接区裂纹萌生可能性的预测及钢轨养护提供借鉴。
  • 祝文君, 杨承越, 于中旭, 许玉德
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 33-37.
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    研究目的:温度应力是高速铁路无砟轨道结构稳定的重要影响因素。本文主要以CRTSⅡ 型板式无砟轨道结构的脱空病害为研究对象,通过有限元软件进行建模分析,在考虑轨道结构自重以及轨道层间相互作用的条件下,探究正负温度梯度作用对不同位置、不同面积的轨道板与CA砂浆层间脱空病害发展规律的影响,为CRTSⅡ型轨道板脱空的病害防治工作提供理论依据。
    研究结论:(1)温度梯度作用下,轨道板产生的脱空高度会随初始脱空尺寸的增加而逐渐增加,其增长规律因初始脱空所处位置的不同而存在差异,当轨道板初始脱空区域超过70%,板中最大脱空高度可达到10 mm;(2)初始脱空尺寸会影响温度作用后轨道板内部的变形以及轨道结构的脱空面积,总脱空面积的增长近乎于线性;(3)在高速铁路无砟轨道结构的实际运营中,必须严控轨道板与CA砂浆层间的黏结质量,避免初始脱空、离缝在温度作用下急剧扩展造成轨道结构稳定性严重下降的不利情况发生。
  • 长大干线:桥梁工程
  • 宋旭明, 包世鹏
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 38-43.
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    研究目的:为评估新建工程对高铁桥梁轨道形位的时变影响,以某新建道路下穿高速铁路连续梁桥为背景,建立软土地基-桥梁-轨道一体化时变有限元模型,分析轨道形位、桩基内力和桩侧摩阻力的时变规律,并研究各土体参数对轨道形位的影响程度。
    研究结论:(1)高铁桥梁轨道形位变化在8年左右趋于收敛,软土地基的竖向变形受路基堆载影响很大,固结过程中桥墩墩顶的竖向位移增量相对值可达159%,应加强对施工后桥墩位移的监测;(2)路基填筑后桥梁桩基上部出现了负摩阻力,附加轴力在埋深30~40 m位置(中性点)达到最大值;(3)修正剑桥本构中对轨道竖向位移敏感性最大的三个参数为正常固结曲线斜率、临界状态线斜率和屈服面帽子曲度常量,数值计算时应根据土工试验结果对上述参数合理取值;(4)本文研究可为施工完成后高铁轨道形位的后续变化预测提供依据。
  • 杨佑发, 黄振宇, 吴憬
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 44-53.
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    研究目的:为解决实际工程中损伤后结构完好模态参数难以测得的问题,通过改进曲率模态法,提出结构完好曲率模态曲线这一概念,并且将完好曲率模态曲线和桥梁子构件结构损伤识别方法相结合,以方便实际工程中对于复杂桥梁结构的损伤识别。
    研究结论:(1)该方法无需初始结构模态参数,解决了损伤后结构完好模态参数不易测得的问题;(2)基于完好曲率模态曲线的子构件结构损伤识别方法可以准确定位不同类型的子构件的损伤位置,并能通过拟合损伤有效面积与损伤程度的关系曲线来判断结构损伤程度;(3)将完好曲率模态曲线的损伤识别方法与桥梁子构件法相结合,根据组成桥梁整体的各个构件特征将桥梁分解成较为简单的子构件来实现损伤定位与损伤程度识别;(4)本研究成果可为实际工程中复杂梁式桥结构的健康监测提供参考。
  • 吴红刚, 梁彧, 赖天文
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 54-61.
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    研究目的:随着西部大开发战略的实施,铁路、桥梁等交通基础设施飞速发展。由于西南地区多山和红层广泛分布,受地形地质条件影响,大量山区铁路桥梁基础不可避免地位于滑坡等不良地质体上,同时线路穿越高烈度地震区,因此桥梁-滑坡体系进行抗震分析是非常有必要的。本文首先对桥梁-滑坡体系进行初步的分类和解释,然后通过一系列振动台模型试验,研究桥梁-滑坡平行体系在EL地震波作用下边坡与桥梁的动力响应和失稳特征,再分别对滑坡体的变化特征和加速度响应、桥梁桩基的加速度和应变响应进行分析,结合山侧墩柱附近测点的频谱特性对桥梁-滑坡相互作用进行分析。
    研究结论:(1)按照滑坡主滑方向和桥梁轴线的位置关系将桥梁-滑坡体系分为两大类型:桥梁横跨滑坡体系、桥梁纵跨滑坡体系,又根据桥梁位置和桥梁跨越滑坡体类型对桥梁-滑坡体系进行了细分;(2)桥梁墩柱上测点的加速度响应随着高程的增加而增强,且河侧墩柱加速度响应强于山侧墩柱;(3)随着地震激励强度的增加,地震波的卓越频率从低频向高频增加,并逐渐向坡体的自振频率靠近,进而使得坡体发生共振破坏,整体呈现协同渐进破坏,但是桥梁-滑坡的相互作用会削弱这一趋势,在桥跨之间土体表现最为明显;(4)本研究成果反映了桥梁横跨滑坡体的相互作用影响机制,可为桥梁横跨滑坡体的抗震设计提供相关试验数据和一定的理论支撑。
  • 长大干线:隧道工程
  • 王道远, 布亚芳, 张亚琴, 王朝红, 田小路, 杨杰, 袁金秀
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 62-71.
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    研究目的:为评判跨走滑断层隧道的稳定性,首先视跨断层隧道为一含剪切带的“围岩-断层-围岩”复合岩体系统,揭示其失稳演化机制;其次基于含断层带复合剪切梁理论,推导跨走滑断层隧道失稳临界损伤长度、临界损伤荷载和极限位移计算表达式;最后对影响隧道稳定性的主要参数进行敏感性分析。
    研究结论:(1)跨走滑断层隧道失稳演化过程主要经历3个典型阶段,即含剪切带的“围岩-断层-围岩”系统变形协调促使强度降低、断层剪切带两侧围岩受拉而呈现拉裂损伤区、“围岩-复合剪切带-围岩”系统达到新的平衡状态;(2)当断层宽度、动摩擦系数、峰值剪应力、剪切梁剪切模量越小,隧道埋深、剪切梁宽度、塑性软化剪切模量越大,跨走滑断层隧道稳定性越差;(3)跨走滑断层隧道稳定性影响因素的敏感性为:断层宽度t >剪切梁剪切模量G>隧道埋深H >滑动摩擦系数μf >断层塑性软化剪切模量Gfs >断层峰值剪应力τfc;(4)本研究结论可为跨走滑断层隧道设计提供一定的理论依据。
  • 郭庆昊
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 72-77.
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    研究目的:西部山岭隧道施工中,常存在高地应力、高地质灾害、破碎软弱围岩等现象,导致隧道施工过程中围岩稳定性极差、支护体系开裂、挤压大变形等现象时有发生;互层岩体由于自身节理面的作用,围岩较破碎、整体强度降低且具有各向异性,隧道开挖过程中极易发生非对称大变形,从而威胁现场施工安全和进度。本文依托中兰客专尖山隧道工程,采用离散元对高地应力作用下的互层隧道变形机理进行分析并据此提出变形控制措施。
    研究结论:(1)对于高地应力作用下的软硬互层隧道,应注意软岩硬岩含量占比和岩层倾角,在软岩占比较大部位注意加强整个开挖断面周边围岩支护;(2)综合分析围岩变形塑性区和施工等因素,预留核心土法对于高地应力软硬互层隧道具有更明显的适用性;(3)针对软硬互层非对称变形现象,建议采用非对称布置超前支护+节理面大角度处布置锚杆方式控制变形;(4)本研究结果可为高地应力软硬互层隧道开挖与支护提供参考和借鉴。
  • 傅鹤林, 安鹏涛, 伍毅敏
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 78-83.
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    研究目的:为探讨断层与隧道位置关系对涌水的影响机制,构建隧道涌水简化计算模型,推导隧道涌水量及结构外水压力计算表达式,再基于工程案例对隧道涌水简化计算模型的合理性及公式推导的正确性进行检验,同时对特征参数进行敏感性研究,以揭示断层对隧道涌水的影响规律。
    研究结论:(1)随断层倾角的增加,渗流稳定时隧道涌水量不断减小,支护结构外水压力逐渐增大;(2)案例工程中无断层段二次支护结构水头高度理论值比真实值大4.5%,单一断层段二次支护结构外缘水头高度理论值比真实值大6.7%,组合断层区域,涌水量理论值比真实值小8.3%;(3)本文揭示的断层区隧道突涌水规律可为类似隧道工程防排水体系的实际提供理论指导。
  • 骆汉宾, 李霖皓, 陈珂, 陈健, 胡云华, 龙凡
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 84-91.
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    研究目的:为提升盾构隧道管片的数字化设计水平及设计效率,本文提出一种基于内力计算结果及三维管片模型的数字化结构配筋与出图方法。利用随机森林算法生成配筋方案,基于配筋方案和三维管片模型建立钢筋参数化建模与排布算法,通过几何模型变换和剖切操作自动生成结构配筋图。
    研究结论:(1)基于随机森林算法的智能化配筋算法能模仿人工选筋和方案评价,并自动生成配筋方案;(2)利用参数化建模能自动实现配筋方案的三维模型与出图;(3)本文方法在武汉某隧道工程设计案例中得到验证,可应用于盾构隧道结构设计,其能满足施工图设计的前期成果要求,并减少设计人员的工作量。
  • 枢纽,站场与房建
  • 王希良, 汤雨静, 孙旭, 苑家祺, 王佳辰, 扁旭阳
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 92-97.
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    研究目的:石衡沧港城际铁路是京津冀城市群“四纵四横一环”城际铁路网中的重要组成部分,其中石家庄至衡水利用石家庄—济南铁路客运专线,衡水至渤海新区为新建线路,衡水作为重要的节点,线路引入衡水铁路枢纽方式将对城际铁路运输组织及枢纽客运系统产生重要影响,因此进行石衡沧港城际铁路引入衡水枢纽方案研究具有理论和实践意义。
    研究结论:(1)分析了衡水铁路枢纽现状及规划特点,进行了石衡沧港城际铁路客流量预测,设计了旅客列车开行方案,探究了新建城际铁路引入既有高铁站影响因素,在此基础上,提出了石衡沧港城际铁路引入衡水铁路枢纽接轨两个方案;(2)基于AHP方法,选取运输组织、工程技术、经济投资和远期规划4个一级指标,进一步选取9个二级指标,构建判断矩阵并进行优先级向量计算,对方案Ⅰ(站内接轨)、方案Ⅱ(区间接轨)进行SWOT分析,方案Ⅱ(区间接轨)优于方案Ⅰ(站内接轨);(3)在层次分析的基础上,建立模糊评价判断矩阵,经计算,方案Ⅱ的模糊综合评价得分明显高于方案Ⅰ;(4)通过定性分析和定量计算,选择方案Ⅱ(区间接轨)作为新建石衡沧港城际铁路引入衡水北站方案;(5)本研究成果可为新建城际铁路引入铁路枢纽或既有站方案选择提供参考。
  • 陈艳春, 张虹
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 98-103.
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    研究目的:在铁路站房结构健康监测中,采用BP神经网络来识别结构损伤常常因为陷入局部极小值导致误报率高。因此,本文使用布谷鸟算法对神经网络进行优化,并将优化后的神经网络模型应用于站房结构损伤识别,以提高损伤识别的准确率。
    研究结论:(1)利用布谷鸟算法搜索BP神经网络最优的权重和偏置,可以找到模型的全局最优解,防止陷入局部极小值;(2)本文提出的模型适用于铁路站房结构健康监测数据量大、结构复杂、维数高的特点,可通过数据预处理构建神经网络的训练测试数据集;(3)以昆明南站监测数据为例进行试验验证,结果表明,通过布谷鸟算法优化BP神经网络模型准确率达到99.73%,较BP神经网络模型提高1.88个百分点;(4)本文研究可为实时结构性能评估提供技术支撑,可为铁路站房结构健康监测提供新的途径,具有一定的参考价值。
  • 节能环保
  • 张彦春, 蔡豪伟, 徐倩
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 104-111.
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    研究目的:为使铁路绿色施工评价更加科学合理,综合考虑铁路所处区域自然状态、施工影响和绿色施工措施,基于SPR模型构建铁路绿色施工评价指标体系,提出权重确定和修正方法,构建评价模型。
    研究结论:(1)改进传统的PSR模型,综合考虑铁路施工所在区域自然禀赋、铁路建设环境影响和绿色施工措施之间联系以及对铁路绿色施工评价的影响,提出SPR(状态-压力-响应)模型,构建评价指标体系;(2)通过ANP网络结构确定初步权重,基于状态因子和压力因子指标值建立权重修正矩阵对权重进行修正,用于反映“状态”和“压力”因子指标对“响应”因子指标的影响作用,并构建云模型进行绿色施工评价;(3)以某铁路施工标段为案例进行绿色施工评价,验证了该评价体系的合理性和可行性;(4)本研究成果可为科学评价铁路绿色施工、推进我国铁路绿色施工评价体系构建提供借鉴。
  • 技术标准规范研究
  • 柴清源
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 112-115.
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    研究目的:为适应国家战略布局,随着国内铁路市场日趋饱和,铁路企业“出海”已经成为众多企业努力的方向。中国铁路在“出海”进程中,面临劳工、环境、文化等一系列风险与挑战,特别是不同建设标准的影响,通过对中法两国的站场设计技术参数研究对比分析,找出二者的差异,提出站场标准优化建议,提升标准技术经济性。
    研究结论:(1)我国高速铁路大部分标准高于法国标准;(2)我国高铁舒适度高于法国高铁,与其有关的欠、过超高,线间距等参数可以结合海外项目具体情况通过计算合理选择;少部分标准基本一致或法国标准高于中国标准,这部分标准可直接在海外项目使用;(3)结合我国“走出去”战略的实施,对法国规范未规定的最小坡段长度、各级铁路坡度代数差允许值、道岔设置、咽喉区布置等方面需要作进一步研究,以优化降低资金成本; (4)该研究成果可供境外高铁项目投标以及铁路车站及枢纽设计参考。
  • 刘超, 吴昊, 曲士荣, 王飞, 张蕾
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 116-121.
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    研究目的:真空管超高速磁浮是实现超高速轨道交通发展的重要方式,本文基于1 000 km/h速度需求,参考高速磁浮、高速铁路系统研究成果,展开选线设计中纵断面参数分析并给出纵断面参数建议值。
    研究结论:(1)考虑安全因素和运行控制系统的特点,真空管超高速磁浮线路纵坡不宜大于50‰;(2)综合考虑速度、垂向加速度、纵坡、横坡、平曲线半径的影响,最小竖曲线半径一般不宜小于78 000 m,困难条件下不宜小于65 000 m;(3)考虑超高速运营需求,线路竖曲线间应设置缓和曲线,缓和曲线线形建议采用三次抛物线,其最小长度一般条件下不宜小于560 m,困难条件下不宜小于335 m;(4)本研究成果可以应用于超高速磁浮项目工程线路设计。
  • 工程经济与管理
  • 王孟钧, 刘柏建, 王青娥, 蔡超勋
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 122-126.
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    研究目的:环长株潭城市群作为长江中游城市群的重要组成部分,是中部崛起战略实施的重要载体和平台,对其技术创新效率的研究和探讨,有利于长江中游城市群经济整合与协同发展。本文就测度环长株潭城市群的技术创新效率及其时序发展特征展开研究,并研究其空间演化、区域差异、空间关联格局。
    研究结论:(1)环长株潭城市群技术创新效率整体处于增长趋势,核心城市的技术创新效率领先于外围城市;(2)技术效率进步是技术创新全要素生产率变化的主要因素;(3)对各城市技术创新投入-产出-效率类型进行了划分,揭示了不同类型城市技术创新发展差异;(4)环长株潭城市群技术创新效率表现为“东南-中北-西南”递减的空间分异格局,各城市效率差距呈现出先缩小、后扩大的变化趋势,空间关联表现为“核心强、外围弱”的特征,存在“强者愈强”的空间关联现象;(5)本研究成果可从要素配置、创新协同、要素流动等方面为区域技术创新提供政策建议。
  • 王晨, 王卫东, 伍生, 李艳鸽, 韩征
    铁道工程学报. 2023, 40(9): 127-135.
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    研究目的:判识铁路勘察设计质量风险因子、因子间耦合关系和因子重要程度,消除质量风险或将质量风险控制在可接受范围,对于提高勘察设计质量,乃至对铁路建设与运维质量都有重要意义。考虑勘察设计质量风险因子间非线性、不确定性和耦合的特点,提出复杂网络视角下基于改进TOPSIS的风险因子重要性评估模型,为质量管理提供重要参考。
    研究结论:(1)利用系统动力学原理定性梳理了质量风险之间的耦合作用关系;(2)以某铁路为例,对影响勘察设计质量的一级风险因子(地质、技术、社会、自然四类)及其子系统进行了风险因子重要性评估;(3)通过SIR模型对评估模型的有效性进行了验证;(4)本研究成果可为后续类似铁路提高勘察设计工程质量提供借鉴与参考。