[发明专利]高速铁路无砟轨道路基结构设计方法

说明书

本发明涉及一种高速铁路无砟轨道路基结构设计方法，提出无砟轨道荷载分布的简化模型；建立粗颗粒路基填料动模量‑应变关系模型；将支承层、基床表层、基床底层采用Odemark法的模量与厚度当量假定进行均一化处理，采用布辛内斯克Boussinesq公式从支承层开始计算路基应力与应变；考虑路基填料应变与变形模量的非线性关系，构建基于迭代计算的路基结构设计方法；基于路基面动变形与基床底层动应变控制准则，优化路基结构。本发明的设计方法针对无砟轨道路基结构，能够更合理的表征路基荷载分布规律，反映路基填料应变与变形模量非线性关系对路基应力应变计算的影响，提高无砟轨道路基基床结构设计的精细化程度。

技术领域

本发明涉及高速铁路技术领域，尤其涉及一种高速铁路无砟轨道路基结构设计方法。

背景技术

目前各国高铁路基基床结构设计方法包括：路基顶面变形量控制方法、路基底面变形模量控制方法、基床表层下部填土强度控制方法等。我国主要采用控制路基面动变形和基床底层动应变的设计方法，但对路基荷载的简化处理模型只针对有砟轨道，同时未考虑路基填料模量与应变非线性关系，路基面动变形与基床底层动应变的控制指标也是针对有砟轨道路基结构的。缺乏针对我国高速铁路无砟轨道路基结构的精细化设计方法。

鉴于上述，当前的高速铁路路基设计方法，主要适用于有砟轨道路基，也未考虑路基填料模量与应变非线性关系，亟待开发一套适用于高速铁路无砟轨道路基结构设计方法。

发明内容

为了提供改进高速铁路无砟轨道路基结构的设计，本发明提供一种高速铁路无砟轨道路基结构设计方法，能够更合理的表征路基荷载分布规律，科学合理的优化基床各层结构的设计参数，经济有效的给出路基设计的最优结果。

为达到上述目的，本发明提供一种高速铁路无砟轨道路基结构设计方法，包括：

（1）确定高速铁路无砟轨道荷载分布模型，从上到下依次包括支承层、基床表层及基床底层；

（2）建立基床表层和基床底层的粗颗粒路基填料动模量-应变关系模型；

（3）建立无砟轨道路所述基床表层动变形、所述基床底层动应变控制准则；

（4）选取所述基床底层和所述基床表层的初始变形模量和初始厚度；

（5）将支承层、基床表层、基床底层采用Odemark法的模量与厚度当量假定进行均一化处理；从支承层开始计算路基应力与位移，获得基床表层和基床底层任意一点处的应变值，j表示迭代次数；

（6）采用粗颗粒路基填料动模量-应变关系模型，基于步骤（5）计算的基床表层与基床底层应变值，计算对应的动模量，再计算对应的变形模量；下标n为1表示表层，n为2表示底层；

（7）判断变形模量与的偏差是否满足阈值要求，如果不满足，则更新变形模量为并返回步骤（5）计算基床表层与基床底层的动应变；如果满足则完成迭代计算，进入步骤（8）；

（8）判断是否满足所述基床表层动变形、基床底层动应变控制准则，如果不满足，则增加基床底层和表层的厚度，并返回步骤（5）；如果满足，则比较步骤（7）计算得到的基床表层动变形、基床底层动应变值与控制准则限值的差值，如果差值控制在40%以内，则输出此时的基床底层和表层厚度，设计完成；如果差值超过40%，则减小基床底层和表层厚度，返回步骤（5）。

进一步地，所述动模量-应变关系模型为：

式中为第n层动模量，为第n层动模量最大值，为应变，为参考应变，为填料不均匀系数；为参考应变转换参数；为有效围压；p_a为1个标准大气压；下标n为1表示表层，n为2表示底层。