地鐵列車荷載作用下改良紅粘強度土強度判據研究

摘 要：本文通過理論計算了地鐵路基下方石灰改良紅粘最小強度要求，為地鐵路基設計提供了理論參考。

地鐵設計規范規定，地鐵路基基床表層厚度不得小于0.5m，底層厚度不得小于1.5m，基床表層填料需用AB組填料，基床底層材料宜選用AB組填料。在紅粘土廣泛分布地區，當AB組填料供應不足時可選用石灰改良紅粘土填筑于鐵路路基底層及以下。

1.地鐵列車動荷載分析

根據張亮、梁波等[1-3]研究，可以將地鐵列車在軌道上運行時產生的動力荷載響應用式1來模擬，

式1中：為地鐵列車運行時產生的動荷載，為地鐵列車車輪靜荷載，、分別為對應①地鐵列車運行時的平順性、②地鐵列車作用在鐵軌上的動力荷載附加值、③鐵軌運營期間表面產生的不均勻磨耗這三種控制條件引起的列車振動荷載典型值。

，為控制條件①②③引起的矢高;為控制條件①②③引起的列車振動波長的圓頻率，為地鐵列車運營車速，為列車簧下質量，為控制條件①②③引起的典型波長。

根據張慶賀等[4]研究結果，式5.1-1中各項參數取值如下：列車輪重=80kN，列車簧下質量=750kg。取列車在最不平順狀態運行時相應的波長和矢高如下：=10m，=3.5mm，=2m，=0.4mm，=0.5m，=0.08mm。假設地鐵列車設計車速為100km/h（27.78m/s），為簡化計算，車速=30m/s，此處取值比最高車速稍大，計算結果偏安全。

根據以上參數，計算得地鐵列車運行所產生得動荷載如圖1所示。

地鐵列車動應力隨土層深度衰減值（）按式2計算[5]：

式中：

——地鐵列車動應力，根據圖5.1按動應力最大值取值，=92kPa

m=a/b，n=z/b，a——荷載作用寬度，b——荷載作用長度，

z——所計算土層深度

根據式2計算地鐵列車動應力隨深度衰減值，計算結果如圖2所示。

2.最優石灰摻量計算

鐵路路基基床暴露于地表，易受降雨影響出現病害，紅粘土屬于細粒土，即使經過改良后也不宜填筑在地鐵路基基床表層，經過改良后的紅粘土可填筑在路基基床底層及以下。

參照《京滬高速鐵路路基結構形式及填料改良優化研究》（97G01—A），改良土路基強度需要滿足式3、式4要求[5]：

式中：

——路基土飽和固結不排水抗剪強度（kPa）

——所計算土層地鐵列車動應力衰減值（kPa）

——地鐵列車動應力波動系數，取 1.2

——干濕循環作用下路基土強度折減系數，取0.5

——臨界動應力與靜強度之比，簡稱動靜比，取0.45

——安全系數，取1.5

——路基改良土現場試驗7天無側限抗壓強（kPa）

本次試驗所用地鐵列車動應力衰減值取地鐵路基基床底層上表面為計算土層，土層深度為0.5m，按式2計算得=56kPa。將0.5m深處的帶入式5.1-3、5.1-4計算得=448kPa。

經計算，經過改良后的紅粘土可填筑在路基基床底層，現場7天無側限抗壓強度必須達到448kPa以上。

參考文獻

[1]張玉娥，牛潤明，朱英磊.地鐵列車振動響應分析及控制方法[J].鐵道建筑，2006，（05）：97-99.

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[3]鄧飛皇，莫海鴻，曾慶軍.地鐵運行振動誘發地層和地表動力響應分析[J].科學技術與工程，2007，（03）：348-351.

[4]張慶賀，朱合華，莊榮.地鐵與輕軌.北京：人民交通出版社，2002

[5]徐敦美.膨脹土路基石灰改良施工工藝試驗研究[D].西南交通大學，2005.

作者簡介：

張吉（1995—），云南曲靖人，助教，曲靖師范學院教師。