CN114372302A - 时速400km+高速铁路路肩重力式挡土墙设计方法 - Google Patents

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Abstract

时速400km+高速铁路路肩重力式挡土墙设计方法，将基床动变形作为重力式路肩挡土墙设计的控制指标，利用五步计算法得到了基床总变形量，并据此求得基于基床动变形的重力式路肩挡土墙抗滑动、抗倾覆安全系数，从而解决400km+高速铁路重力式路肩挡土墙的设计计算问题。包括如下步骤：建立设计挡土墙计算模型，基床、路基本体、地基的参数取值根据地质勘察资料土工试验结果确定；通过模型计算，得到基床总变形量；判定基床总变形量在误差允许范围内是否等于高速铁路无砟轨道对基床动变形0.22mm的控制阈值；计算上述临界设计状态下挡土墙抗滑动安全系数Kc、抗倾覆安全系数K0，得到时速400km+高速铁路路肩重力式挡土墙的安全系数控制指标。

Description

时速400km+高速铁路路肩重力式挡土墙设计方法
技术领域
本发明涉及铁路路基，特别涉及一种基于基床动变形控制的时速 400km+高速铁路路肩重力式挡土墙设计方法。
背景技术
重力式挡土墙是依靠墙身自重来抵抗土压力，防止土体坍塌的支挡结构，这种挡土墙形式简单、施工简便，可就地取材，适应性强，因而应用广泛。一般地区、浸水地区、地震地区和特殊岩土地区的铁路路肩、路堤和路堑等部位都可采用重力式挡土墙。
随着我国高速铁路迅猛发展，高速化已成为当今高速铁路的主要发展方向，目前国内高速铁路最高运营时速已达350km，并即将建设时速 400km+高速铁路。但现有高速铁路重力式路肩挡土墙设计所采用的安全系数仍基于路基结构稳定性控制计算得到，随着列车运行时速的进一步提升，一方面列车传递至路基基床的动力作用更加显著，另一方面列车提速后对线路平顺性要求也更高，重力式路肩挡土墙不仅要满足路基稳定要求，还要满足严格的基床动变形要求。
现有高速铁路无砟轨道对基床动变形控制极为严格，轨道结构外侧边缘位置动变形不得超过0.22mm，在设有重力式路肩挡土墙的路基地段，基床动变形应满足上述控制指标。但目前还没有一种基于基床动变形控制的路肩重力式挡土墙设计计算方法。
因此，急需一种思路清晰、原理简单、计算简便的时速400km+高速铁路重力式路肩挡土墙设计方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种时速400km+高速铁路路肩重力式挡土墙设计方法，将基床动变形作为重力式路肩挡土墙设计的控制指标，利用五步计算法得到了基床总变形量，并据此求得基于基床动变形的重力式路肩挡土墙抗滑动、抗倾覆安全系数，从而解决400km+高速铁路重力式路肩挡土墙的设计计算问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明时速400km+高速铁路路肩重力式挡土墙设计方法，包括如下步骤：
S01.建立设计挡土墙计算模型，基床、路基本体、地基的参数取值根据地质勘察资料土工试验结果确定；
S02.通过模型计算，得到基床总变形量，即列车荷载引起的基床压缩变形量与基床跟随变形量之和；
S03.判定基床总变形量在误差允许范围内是否等于高速铁路无砟轨道对基床动变形0.22mm的控制阈值，若为是，则该挡土墙刚好达到挡土墙最低设计要求，处于临界设计状态，此时的土压力合力即基于基床动变形控制的临界土压力Fcr；若为否，则调整挡土墙厚度并从重新计算基床总变形量，经过多次迭代计算，直至基床总变形量达到临界设计状态；
S04.计算上述临界设计状态下挡土墙抗滑动安全系数Kc、抗倾覆安全系数K0，得到时速400km+高速铁路路肩重力式挡土墙的安全系数控制指标，其中：
抗滑动安全系数：
Figure RE-GDA0003556034510000021
抗倾覆安全系数：
Figure RE-GDA0003556034510000022
式中：Fcr为基于基床动变形控制的临界土压力；L为挡土墙重心距墙趾的水平距离；H为土压力距墙趾的高度；μ为挡土墙墙底摩擦系数； G为挡土墙重力。
本发明的有益效果主要体现在如下方面：
一、将基床动变形作为重力式路肩挡土墙设计的控制指标，符合时速400km+高速铁路基于变形控制的重力式路肩挡土墙设计要求；
二、利用五步计算的方法，将列车荷载引起的基床总变形量分解为列车荷载引起的基床压缩变形量与基床跟随变形量，解决了基床总变形的计算问题。
三、基于基床动变形的控制指标仍为抗滑动、抗倾覆安全系数，便于设计人员计算。
附图说明
本说明书包括如下七幅附图：
图1是本发明高速铁路路肩重力式挡土墙设计方法中路基结构计算模型示意图；
图2是本发明高速铁路路肩重力式挡土墙设计方法的流程图；
图3a至图3e是本发明高速铁路路肩重力式挡土墙设计方法中计算步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1和图2，本发明本发明时速400km+高速铁路路肩重力式挡土墙设计方法，包括如下步骤：
S01.建立设计挡土墙计算模型，基床、路基本体、地基的参数取值根据地质勘察资料土工试验结果确定；
S02.模型计算，得到基床总变形量，即列车荷载引起的基床压缩变形量与基床跟随变形量之和；
S03.判定基床总变形量在误差允许范围内是否等于高速铁路无砟轨道对基床动变形0.22mm的控制阈值，若为是，则该挡土墙刚好达到挡土墙最低设计要求，处于临界设计状态，此时的土压力合力即基于基床动变形控制的临界土压力Fcr；若为否，则调整挡土墙厚度并从重新计算基床总变形量，经过多次迭代计算，直至基床总变形量达到临界设计状态；
S04.计算上述临界设计状态下挡土墙抗滑动安全系数Kc、抗倾覆安全系数K0，得到时速400km+高速铁路路肩重力式挡土墙的安全系数控制指标，其中：
抗滑动安全系数：
Figure RE-GDA0003556034510000041
抗倾覆安全系数：
Figure RE-GDA0003556034510000042
式中：Fcr为基于基床动变形控制的临界土压力；L为挡土墙重心距墙趾的水平距离；H为土压力距墙趾的高度；μ为挡土墙墙底摩擦系数； G为挡土墙重力。
参照图3a至图3e，所述步骤S02按如下五步计算基床总变形量：
①施加约束使挡土墙固定，施加重力荷载，其他参数保持不变，模型计算收敛后，将填土位移清零，保留其应力场，实现初始地应力平衡；
②放松挡土墙约束，使其可任意移动，其他参数保持不变，模型计算收敛后，即可得到在填土自重荷载条件下挡土墙位移量以及基床跟随变形量，基床变形量以挡土墙侧轨道结构外边缘处的变形量V表征，其中 V＝V1-V2；
③施加轨道自重荷载，其他参数保持不变，模型计算收敛后，将挡土墙位移量与步骤②得到的变形量相减，差量即为轨道自重荷载条件下引起的挡土墙位移量；将基床变形量与步骤②得到的变形量相减，差量即为轨道自重荷载引起的基床总变形量，基床总变形量为基床压缩变形量与跟随变形量之和；
④施加约束使挡土墙固定，在填土表面预定位置施加时速400km条件下列车动荷载，模型计算收敛后，将基床变形量与步骤③得到的变形量相减，差量即为列车荷载引起的基床压缩变形量；
⑤放松挡土墙约束，使其可任意移动，其他参数保持不变，模型计算收敛后，记录挡土墙所受墙背土体的土压力合力与土压力合力距墙趾的高度，将挡土墙位移量与第四步得到的位移量相减，差量即为列车荷载引起的挡土墙位移量；将基床变形量与步骤④得到的变形量相减，差量即为列车荷载引起的基床跟随变形量；列车荷载引起的基床压缩变形量与基床跟随变形量之和即为基床总变形量。
本发明将基床动变形作为重力式路肩挡土墙设计的控制指标，利用五步计算法得到了基床总变形量，并据此求得基于基床动变形的重力式路肩挡土墙抗滑动、抗倾覆安全系数，思路清晰、原理简单、计算简便，从而有效解决了时速400km+高速铁路重力式路肩挡土墙的设计计算问题。

Claims (2)

1.时速400km/h+高速铁路路肩重力式挡土墙设计方法，包括如下步骤：
S01.建立设计挡土墙计算模型，基床、路基本体、地基的参数取值根据地质勘察资料土工试验结果确定；
S02.模型计算，得到基床总变形量，即列车荷载引起的基床压缩变形量与基床跟随变形量之和；
S03.判定基床总变形量在误差允许范围内是否等于高速铁路无砟轨道对基床动变形0.22mm的控制阈值，若为是，则该挡土墙刚好达到挡土墙最低设计要求，处于临界设计状态，此时的土压力合力即基于基床动变形控制的临界土压力Fcr；若为否，则调整挡土墙厚度并从重新计算基床总变形量，经过多次迭代计算，直至基床总变形量达到临界设计状态；
S04.计算上述临界设计状态下挡土墙抗滑动安全系数Kc、抗倾覆安全系数K0，得到时速400km+高速铁路路肩重力式挡土墙的安全系数控制指标，其中：
抗滑动安全系数：
Figure FDA0003372048820000011
抗倾覆安全系数：
Figure FDA0003372048820000012
式中：Fcr为基于基床动变形控制的临界土压力；L为挡土墙重心距墙趾的水平距离；H为土压力距墙趾的高度；μ为挡土墙墙底摩擦系数；G为挡土墙重力。
2.如权利要求所述时速400km+高速铁路路肩重力式挡土墙设计方法，其特征是所述步骤S02按如下五步计算基床总变形量：
①施加约束使挡土墙固定，施加重力荷载，其他参数保持不变，模型计算收敛后，将填土位移清零，保留其应力场，实现初始地应力平衡；
②放松挡土墙约束，使其可任意移动，其他参数保持不变，模型计算收敛后，即可得到在填土自重荷载条件下挡土墙位移量以及基床跟随变形量，基床变形量以挡土墙侧轨道结构外边缘处的变形量V表征，其中V＝V1-V2；
③施加轨道自重荷载，其他参数保持不变，模型计算收敛后，将挡土墙位移量与步骤②得到的变形量相减，差量即为轨道自重荷载条件下引起的挡土墙位移量；将基床变形量与步骤②得到的变形量相减，差量即为轨道自重荷载引起的基床总变形量，基床总变形量为基床压缩变形量与跟随变形量之和；
④施加约束使挡土墙固定，在填土表面预定位置施加400km/h条件下列车动荷载，模型计算收敛后，将基床变形量与步骤③得到的变形量相减，差量即为列车荷载引起的基床压缩变形量；
⑤放松挡土墙约束，使其可任意移动，其他参数保持不变，模型计算收敛后，记录挡土墙所受墙背土体的土压力合力与土压力合力距墙趾的高度，将挡土墙位移量与第四步得到的位移量相减，差量即为列车荷载引起的挡土墙位移量；将基床变形量与步骤④得到的变形量相减，差量即为列车荷载引起的基床跟随变形量；列车荷载引起的基床压缩变形量与基床跟随变形量之和即为基床总变形量。
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