[發明專利]一種高速鐵路基床表層厚度靈活性設計方法

有效

• 申請號: 202110339577.5
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113062148B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 方明鏡;胡婷;聶良濤
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: E01B1/00
• 分類號: E01B1/00;E01B2/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李煒

1.一種高速鐵路基床表層厚度靈活性設計方法，其特征在于，該方法適用于瀝青混凝土鋪裝板式軌道結構，包括以下步驟：

S1、對施工現場的水文、地質條件、氣候條件、環境溫度進行勘察和調研；

S2、根據現場調研，對瀝青混合料進行選材和配合比設計，并對現場路基各結構層代表性填料取樣，進行室內材料試驗，獲取材料參數；

S3、根據室內材料試驗獲得的材料參數及現有規范推薦的幾何結構參數，建立三維足尺數值計算模型，結合高速鐵路設計規范中基床底部的容許應力值對基床表層的厚度進行優化，標定改進后的瀝青混凝土支承層厚度及對應的基床表層厚度；

S4、根據足尺數值計算模型優化后的結構層參數，構建室內足尺模型，設置加載頭，荷載大小和頻率與S3中一致，預埋壓力傳感器，驗證優化后的結構能否滿足對于基床底部容許應力的要求，不斷調試以滿足要求；

S5、確認設計方案后，編制不同基底條件、環境溫度、上覆材料及其厚度尺寸對應的高速鐵路基床表層厚度的設計參數對照表。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：瀝青混凝土鋪裝板式軌道結構自下而上依次是基底、基床底層、基床表層、透層、瀝青混凝土支承層、粘層土工布和軌道板。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟S2中瀝青混合料的選材需根據S1中調研情況確定，室內材料試驗包括動三軸蠕變試驗及DSC試驗，所需材料參數包括各結構層的力學參數與熱力學參數。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3的方法如下：首先，根據S1中調研的施工現場的實地工程及地質條件，結合現有高速鐵路設計規范對于軌道板和傳統路基基床表層和底層的結構層設計厚度，并選取合適的瀝青支承層厚度，利用有限元或結合離散元耦合建立瀝青混凝土鋪裝板式軌道結構的數值計算模型；然后，根據S2中的現場采樣和室內材料試驗，獲得足尺數值計算模型所需的建模材料參數，輸入模型；接著選定合適的邊界條件及加載條件，確定約束條件，加荷方式采用定點激振加載；最后進行模型的網格劃分。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟S3中所建立的數值計算模型的結構層厚度尺寸根據現有規范初步擬定，瀝青支承層即應力擴散層，厚度為H，基床表層厚度為D，基床底部動應力為σ。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟S3和步驟S4中的基床底部容許應力根據高速鐵路路基動靜應力之比為0.2時標定，選取適當的安全系數，確保結構絕對安全，靜應力根據《高速鐵路設計規范》(TB10621-2014)中路基面高速列車及軌道均布荷載求得。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟S3中優化后的結構層尺寸為瀝青支承層即應力擴散層，厚度為H_i，基床表層厚度為D_i′，當基床底部動靜應力比為0.2時，其動應力記為σ_i，經安全系數換算后標定為應力擴散層 厚度為H_i，基床表層厚度為D_i′的結構的基床底部容許應力，記為[σ_i]，而后根據H_i和[σ_i]反算基床表層厚度D_i，得到基床表層厚度與應力擴散層 厚度和基床底部應力的函數關系為：D_i＝f(H_i,σ_i)，由足尺數值計算模型輸出得到；所述安全系數的換算方法為：

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟S4中室內足尺模型試驗預埋壓力傳感器的位置為軌下截面的瀝青支承層頂部、基床表層頂部、基床表層底部和基床底層底部，溫度計的埋設位置為基床表層頂部、基床表層底部和基床底層底部。