摘 要

随着我国高速铁路的迅猛发展，在季节性冻土地区的铁路发展也在朝着高速、重载等方向发展，但是在季节性冻土地区铁路快速发展的同时，季节性冻土地区特殊的土体性质，以及独特的温度环境，使得高速铁路列车在运行过程中受到多种铁路路基病害的影响，如冻胀翻浆以及轨道不平顺等问题，对高速铁路在季节性冻土地区的运行和发展造成了阻碍。因此本文针对季节性冻土地区高速铁路常见的病害，分析造成病害原因，根据现有高速铁路及冻土地区路基设计规范，提出了一种减振防水新型高速铁路沥青道床。最后采取了数值分析的手段进行研究实验。结果表明，在增加橡胶沥青混凝土减振层后，轨道能削弱列车荷载对冻土路基的扰动和影响，起到保护冻土路基的作用。

关键词：季节性冻土；高速铁路路基；减振；数值分析

Abstract

With the rapid development of high-speed railway in China, the railway development in the seasonal frozen soil area is also moving in the direction of high speed, heavy load, but in the seasonal rapid development of the railway area at the same time, seasonal frozen soil special The nature of the soil, and the unique temperature environment, so that high-speed railway trains in the course of the operation by a variety of railway roadbed diseases such as frost heave and grooving and other issues, the high-speed railway in the seasonal frozen soil operation and Development has caused obstacles. Therefore, according to the existing high-speed railway and permafrost subgrade design specifications, this paper puts forward a new type of high-speed railway asphalt channel bed with vibration and water repellent. Finally, a numerical analysis method was used to carry out research experiments. The results show that the vibration layer can weaken the disturbance and influence of train load on permafrost subgrade.

Key words: seasonal frozen soil, high - speed railway subgrade, damping, numeriACl analys

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1季节性冻土工程研究进展 2

1.2.2季节性冻土地区路基稳定性研究研究现状 2

1.3研究目的和意义 3

1.4 研究的内容、方法和技术路线 4

1.4.1 研究内容 4

1.4.2 研究方法 5

1.4.3 技术路线 5

第2章 季冻区高速铁路轨下基础设计原理 7

2.1高速铁路无砟轨道设计原则 7

2.1.1路基基床结构 7

2.1.2路基填料设计 9

2.1.3路基防排水设计 9

2.2季节性冻土地区铁路路基破坏类型及原因 9

2.2.1振动破坏 9

2.2.2冻胀和翻浆机理 10

2.3本章小结 15

第3章 减振防水型铁路轨下基础结构设计方案 16

3.1设计思路 16

3.2 轨下基础基本结构设计方案 16

3.2.1无砟轨道设计 16

3.2.2减振防水路基设计 16

3.2.3防水设计 17

3.2.4整体结构设计 17

3.3沥青混凝土减振层设计研究 19

3.3.1 沥青混凝土 19

3.3.2 沥青混凝土在高速铁路无砟轨道中的应用优势 19

3.4橡胶沥青混凝土研究 19

3.4.1橡胶沥青混凝土简介 19

3.4.2橡胶沥青生产工艺 20

3.4.3橡胶沥青混凝土材料属性 20

3.5本章小结 21

第4章 沥青混凝土轨下基础结构数值模拟可行性分析 22

4.1减振防水型沥青混凝土数值模型建立 22

4.1.1结构几何模型建立 22

4.1.2 相关材料参数 23

4.1.3网格划分 23

4.2模型验证 26

4.3结果分析 26

4.3.1冻土层拉应力与拉应变结果分析 26

4.3.2轨道板上垂直加速的结果分析 29

4.3.3沥青层底部的水平最大应变 31

4.3.4路基顶部垂直应力分析 33

4.4本章小结 35

第5章 结论与展望 36

5.1 结论 36

5.2进一步研究展望 36

参考文献 38

致谢 1

附录A（路基横断面设计图） 42

附录B（路堑横断面设计图） 43

第1章 绪论

1.1研究背景

铁路是我国重要交通设施，承担着大量长距离、大载重的货物运输以及高频率、高流量的旅客运输任务。铁路每年承担着全国大约有50%的货物运转量，大约30%的旅客运转量。随着我国经济的高速发展，铁路也逐步向高速、高效、重载的方向快速发展。分布在季节性冻土地区的铁路大约占全国铁路运输线路的50%，但是季节性冻土地区的高速铁路占比不足30%，所以季节性冻土地区高速、高效、重载的铁路运输需求和现阶段季节性冻土地区的铁路里程和速度的发展水平形成的矛盾日益突出。

季节性冻土指的是冬季冻结春季融化的土层。以最大冻结深度作为季节性冻土的分类标准，季节性冻土分为深季节性冻土和浅季节性冻土，深季节性冻土地区最大冻结深度大于一米，浅季节性冻土地区最大冻结深度小于1m。我国季节性冻土分布广阔，季节性冻土区面积大约为513.7万km²，占国土总面积的53.5％[^[1]]，其中对工程有严重影响的深季节性冻土地区面积为367万km²。在我国长期的铁路发展规划中，我国将有大量的高速、重载的铁路干线建设在季节性冻土地区。铁路运行速度的快速提高、运载量的快速加大，使得季节性冻土地区的振动与动力学问题日益突出。

季节性冻土地区的铁路路基受季节变化的影响，季节变化带来的温度变化使得季节性冻土地区出现反复的冻融作用，使得季节性冻土地区的土质的物理、力学、水理性质发生了较大程度的变化。同时，高速铁路路基在长期、高速、反复的列车荷载作用下，很难长期保持其路基强度的稳定性。现阶段我国铁路在季节性冻土地区的病害频发，且日常的维修养护又存在较大难度，所以我国季节性冻土地区的铁路发展建设也存在较大阻力。