地鐵列車荷載作用下改良紅粘強(qiáng)度土強(qiáng)度判據(jù)研究

摘 要：本文通過理論計(jì)算了地鐵路基下方石灰改良紅粘最小強(qiáng)度要求，為地鐵路基設(shè)計(jì)提供了理論參考。

地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)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(qū)，當(dāng)AB組填料供應(yīng)不足時(shí)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(dòng)荷載分析

根據(jù)張亮、梁波等[1-3]研究，可以將地鐵列車在軌道上運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)力荷載響應(yīng)用式1來模擬，

式1中：為地鐵列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)荷載，為地鐵列車車輪靜荷載，、分別為對(duì)應(yīng)①地鐵列車運(yùn)行時(shí)的平順性、②地鐵列車作用在鐵軌上的動(dòng)力荷載附加值、③鐵軌運(yùn)營(yíng)期間表面產(chǎn)生的不均勻磨耗這三種控制條件引起的列車振動(dòng)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(dòng)波長(zhǎng)的圓頻率，為地鐵列車運(yùn)營(yíng)車速，為列車簧下質(zhì)量，為控制條件①②③引起的典型波長(zhǎng)。

根據(jù)張慶賀等[4]研究結(jié)果，式5.1-1中各項(xiàng)參數(shù)取值如下：列車輪重=80kN，列車簧下質(zhì)量=750kg。取列車在最不平順狀態(tài)運(yùn)行時(shí)相應(yīng)的波長(zhǎng)和矢高如下：=10m，=3.5mm，=2m，=0.4mm，=0.5m，=0.08mm。假設(shè)地鐵列車設(shè)計(jì)車速為100km/h（27.78m/s），為簡(jiǎn)化計(jì)算，車速=30m/s，此處取值比最高車速稍大，計(jì)算結(jié)果偏安全。

根據(jù)以上參數(shù)，計(jì)算得地鐵列車運(yùn)行所產(chǎn)生得動(dòng)荷載如圖1所示。

地鐵列車動(dòng)應(yīng)力隨土層深度衰減值（）按式2計(jì)算[5]：

式中：

——地鐵列車動(dòng)應(yīng)力，根據(jù)圖5.1按動(dòng)應(yīng)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(zhǎng)度，

z——所計(jì)算土層深度

根據(jù)式2計(jì)算地鐵列車動(dòng)應(yīng)力隨深度衰減值，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

2.最優(yōu)石灰摻量計(jì)算

鐵路路基基床暴露于地表，易受降雨影響出現(xiàn)病害，紅粘土屬于細(xì)粒土，即使經(jīng)過改良后也不宜填筑在地鐵路基基床表層，經(jīng)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(jié)構(gòu)形式及填料改良優(yōu)化研究》（97G01—A），改良土路基強(qiáng)度需要滿足式3、式4要求[5]：

式中：

——路基土飽和固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度（kPa）

——所計(jì)算土層地鐵列車動(dòng)應(yīng)力衰減值（kPa）

——地鐵列車動(dòng)應(yīng)力波動(dòng)系數(shù)，取 1.2

——干濕循環(huán)作用下路基土強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.5

——臨界動(dòng)應(yīng)力與靜強(qiáng)度之比，簡(jiǎn)稱動(dòng)靜比，取0.45

——安全系數(shù)，取1.5

——路基改良土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)（kPa）

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

經(jīng)計(jì)算，經(jīng)過改良后的紅粘土可填筑在路基基床底層，現(xiàn)場(chǎng)7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度必須達(dá)到448kPa以上。

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作者簡(jiǎn)介：

張吉（1995—），云南曲靖人，助教，曲靖師范學(xué)院教師。