论文题目: 高速铁路路堑岩质边坡的动态响应及稳定性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 道路与铁道工程
作者: 金亮星
导师: 刘宝琛,张家生
关键词: 高速铁路,竖向振动荷载,路堑岩质边坡,动态响应,稳定性分析
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着铁路现代化的发展,高速重载铁路运输势在必行。提高列车运行速度和增加牵引重量将不可避免地增大列车振动强度,列车运行所产生的环境振动影响越来越受到业内人士的关注。高速铁路岩质边坡不仅地质环境复杂,而且将受到长期的高速列车振动影响。因此,在滑坡治理、边坡设计及稳定性评价等工程实践中,如何考虑列车振动荷载影响,已经成为山区高速铁路建设中的一个重要课题。本文在总结国内外轨道系统计算模型、列车振动荷载模型、铁路环境振动响应等方面已有研究成果的基础上,采用理论分析、现场试验、数值模拟相结合的研究方法,对高速列车振动荷载作用下岩质边坡的动态响应及边坡稳定性进行了研究,并取得如下主要成果和结论: 1.对铁路岩质边坡的特点、边坡稳定性分析基本方法、影响铁路岩质边坡稳定性的因素等方面进行了理论分析;在总结前人研究成果的基础上,对如何建立边坡稳定性分析的地质模型、破坏模型及数学力学模型等进行了研究。 2.通过对边坡岩体非线性、弹塑性本构模型的分析和评价,构造出了用于有限元计算的边坡岩体弹塑性本构模型;并根据室内(外)岩石力学试验及国内外相关岩石(体)动力特性研究成果,研究了边坡岩体的动弹塑性本构关系。 3.通过对轨道结构模型、机车车辆模型的比较和评价,分析了车辆—轨道耦合系统建模的一般原则,并对车辆—轨道垂向耦合动力分析模型的基本特征进行了研究。根据秦—沈客运专线车辆的结构形式、悬挂特性及轨道结构特点,建立了具有两系悬挂的(客车)车辆—(有碴)轨道垂向统一模型;应用D’Alembert原理确立了轮轨系统各部分的振动微分方程,基于建立的车辆—轨道垂向系统动力分析模型和振动微分方程的数值积分方法,研制了轮轨系统动力分析计算程序。 4.采用研制的动力分析程序,对轨道随机不平顺激励下的车辆、轨道相互作用动力响应进行了数值计算,并通过数值模拟结果与现场试验工点的实测数据的对比分析,验证了车辆—轨道垂向耦合动力分析模型的有效性。 5.应用振动反分析和有限元理论,提出了计算高速铁路振动荷载时程的有限元动力反分析方法。针对高速铁路列车动载特点,建立了高速列车竖向振动荷载计算模型。采用现场实测数据与模型分析结果进行对比的方法,即根据秦—沈客运专线实测振动位移、速度和加速度反求列车竖向振动荷载,并与相应的实测振动荷载进行对比分析,效验了高速铁路竖向振动荷载动力反分析有限元模型的有效性。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 本课题的研究目的与意义
1.1.1 高速铁路及其在我国的发展
1.1.2 铁路岩质边坡的特点及本课题的研究目的与意义
1.2 国内外研究现状综述
1.3 本文研究的主要内容
第二章 铁路岩质边坡稳定性分析的基本理论与方法
2.1 概述
2.2 铁路岩质边坡稳定性分析理论模型
2.2.1 铁路岩质边坡的形态特征
2.2.2 铁路岩质边坡失稳的影响因素分析
2.2.3 铁路岩质边坡变形破坏的地质模型
2.3 铁路岩质边坡稳定性分析基本方法
2.3.1 定性分析方法
2.3.2 定量分析方法
2.3.3 非确定性分析方法
2.4 本章小结
第三章 边坡岩体动应力应变弹塑性本构模型
3.1 概述
3.2 岩体的非线性弹性本构模型
3.3 岩体的弹塑性本构模型
3.3.1 屈服条件或屈服准则
3.3.2 硬化模型与硬化定律
3.3.3 流动法则
3.3.4 弹塑性本构关系
3.3.5 Drucker-Prager模型
3.4 边坡岩(石)体的动弹塑性本构模型
3.4.1 模型的基本关系及相关参数的确定
3.4.2 岩石强度对于应变率依赖效应的考虑
3.5 本章小结
第四章 高速铁路轮轨系统动力分析模型
4.1 概述
4.2 车辆—轨道耦合动力分析模型
4.2.1 轨道结构模型、机车车辆模型的分析评价
4.2.2 车辆—轨道垂向系统统一模型
4.2.3 轮轨系统振动微分方程的求解方法
4.2.4 系统动力响应分析的计算机程序
4.3 轮轨系统激励模型
4.3.1 轨道不平顺种类
4.3.2 轨道不平顺的相关分析
4.3.3 轨道不平顺的谱密度
4.3.4 轨道不平顺在轮轨动力分析中的数值模拟
4.4 轮轨系统垂向耦合动力学模型分析与验证
4.4.1 车辆—轨道垂向耦合动力分析模型验证
4.4.2 统一模型与一般轮轨动力分析模型的比较
4.5 本章小结
第五章 高速铁路列车竖向振动荷载的数值模拟分析
5.1 概述
5.2 高速铁路列车竖向振动荷载模型
5.2.1 系统动态载荷识别
5.2.2 高速铁路振动荷载时程的动力反分析
5.3 高速铁路竖向振动荷载动力反分析有限元模型的分析与验证
5.3.1 秦—沈客运专线路基及轨道结构动态测试与分析
5.3.2 高速铁路列车竖向振动荷载的理论模拟
5.4 本章小结
第六章 高速铁路岩质边坡动态响应及其稳定性的有限元分析
6.1 概述
6.2 动力平衡方程的建立
6.3 质量矩阵、阻尼矩阵和动荷载列阵的确定及边界条件的处理
6.4 动力平衡方程的求解
6.4.1 振型叠加法
6.4.2 直接积分法
6.5 铁路岩质边坡非线性动态分析程序
6.5.1 材料非线性和几何非线性的处理
6.5.2 纽马克(Newmark)隐式时间积分预估—修正法
6.5.3 程序的功能和结构
6.5.4 主程序及各标准子程序
6.6 实例分析
6.6.1 轨道—路基—岩质边坡系统动力有限元计算模型
6.6.2 计算结果及分析
6.7 本章小节
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 本文创新之处
7.3 进一步研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的主要研究成果
发布时间: 2006-04-11
参考文献
- [1].轨道不平顺非均匀采样信号谱分析[D]. 张洁.西南交通大学2004
- [2].轨道不平顺时频域分析及预测方法的研究[D]. 陈宪麦.铁道部科学研究院2006
- [3].有砟轨道沉降的概率预测模型[D]. 刘扬.同济大学2007
- [4].基于提速线路TQI的轨道不平顺预测与辅助决策技术的研究[D]. 曲建军.北京交通大学2011
- [5].铁路轨检车检测数据里程偏差修正模型及轨道不平顺状态预测模型研究[D]. 徐鹏.北京交通大学2012
- [6].高速铁路有砟轨道振动理论与应用研究[D]. 陈伯靖.西南交通大学2013
- [7].城轨交通引起的环境振动研究及轨道谱参数虚拟反演[D]. 崔高航.哈尔滨工业大学2009
- [8].铁路轨道不平顺数据挖掘及其时间序列趋势预测研究[D]. 贾朝龙.北京交通大学2013
- [9].跨座式单轨交通曲线梁桥车桥耦合振动分析[D]. 张凯.北京交通大学2012
- [10].高速铁路轨道不平顺功率谱及其与行车品质关系研究[D]. 田国英.西南交通大学2015
相关论文
- [1].块裂岩质边坡稳定性理论分析模型及工程应用研究[D]. 傅鹤林.中南大学2000
- [2].边坡在地震力作用下的加卸载响应规律与非线性稳定分析[D]. 姜彤.中国地震局地质研究所2004
- [3].顺层岩质边坡稳定性及工程设计研究[D]. 白云峰.西南交通大学2005
- [4].顺层岩质边坡开挖稳定性及其支护措施研究[D]. 冯君.西南交通大学2005
- [5].高速铁路无碴轨道—软岩路基系统动力特性研究[D]. 卿启湘.中南大学2005
- [6].高速铁路路基动力响应研究[D]. 陈震.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）2006
- [7].岩质边坡稳定性分析及变形预测研究[D]. 李克钢.重庆大学2006
- [8].高速铁路无碴轨道过渡段路基的动力特性研究[D]. 陈雪华.中南大学2006