高速铁路轨道－路基服役性能演变与状态控制技术研究

This project deals with the problem of the performance evolutions and its control technologies of track and subgrade in high-speed railway. Interactive mechanism and coupling relationship of track performance evolutions and subgrades service performance will be investigated using the method of combining the theoretical analysis, numerical computation with experiments. Dynamic model of the overall train-track-subgrade interactive system and its analytical method will be established. In the model the performance evolutions of the track will be included. The characteristic of high-speed vehicle loads transmitting into railway infrastructure will be studied. The state deterioration mechanism and performance evolutions law of the high-speed railway subgrade will be investigated. The interaction influence mechanisms between the track performance evolutions and the service performance of subgrades in high-speed railway will be analyzed. The prediction method and control standards of high-speed railway infrastructure performance evolutions will be studied so as to provide scientific basis and theoretical foundation for the maintenance and safety management of the modern high-speed railway track and subgrade with different operation speeds.

针对现代高速铁路结构特征，围绕高速铁路轨道－路基性能演变与控制这一核心问题，采用理论分析、数值模拟与试验研究相结合的方法，建立可以反映轨道结构部件伤损和材料性能劣化的高速列车－轨道－路基结构动态相互作用模型及分析求解方法，揭示高速列车运行荷载在轨道－路基结构中的传递规律及其对路基的动力作用特性，阐明高速铁路路基的动力劣化规律和状态演变孕育机理，探明高速铁路轨道性能演变与路基服役性能的相互影响机制，提出高速铁路轨道－路基服役性能演变的预测方法，给出不同演变状态下的轨道和路基状态控制建议准则，为不同速度等级的高速铁路基础结构维修养护与安全管理提供科学依据和理论支撑。

本项目围绕高速铁路基础结构界面传递机制、服役状态演变及劣化机理等关键科学问题，开展了高速铁路路基典型填料的动静力学性质试验，研究了路基材料动静力学响应特性及长期性能演变规律；采用室内实尺模型试验和数值模拟相结合的方法，系统研究了基础结构在列车动荷载重复作用下长期服役性能的时空分布特征和演变规律，初步探明了高速铁路轨道－路基各子系统间的动态相互作用机制和层间动力传递机理；依托西南交通大学车-线耦合关系试验台，测量统计了CRTS III型板式轨道板边离缝的几何分布特征，建立了含有板边离缝的动力冲击有限元分析模型以及车辆-轨道-路基耦合有限元模型，系统分析了板边离缝对轨道-路基结构动力特性的影响；提出了路基不均匀沉降引起的轨道结构变形求解方法，探讨了路基不均匀沉降引起的无砟轨道轨面几何变形特征及其与路基沉降波长、幅值之间的对应关系，初步探明了高速铁路路基沉降与无砟轨道的几何形态的映射关系；研究了基础结构不同损伤状态下的服役特性和损伤演化规律，分析轨道性能演变对路基服役状态的影响，探明路基累积变形及其动力性能对轨道状态演变的反馈机制，并探索了减轻高速列车－轨道－路基动态相互作用的技术方法与途径。项目研究为高速铁路基础结构设计、状态评估、养护维修、工程加固等技术开发提供了理论依据和应用参考。