地铁列车荷载作用下改良红粘强度土强度判据研究

摘 要：本文通过理论计算了地铁路基下方石灰改良红粘最小强度要求，为地铁路基设计提供了理论参考。

地铁设计规范规定，地铁路基基床表层厚度不得小于0.5m，底层厚度不得小于1.5m，基床表层填料需用AB组填料，基床底层材料宜选用AB組填料。在红粘土广泛分布地区，当AB组填料供应不足时可选用石灰改良红粘土填筑于铁路路基底层及以下。

1.地铁列车动荷载分析

根据张亮、梁波等[1-3]研究，可以将地铁列车在轨道上运行时产生的动力荷载响应用式1来模拟，

式1中：为地铁列车运行时产生的动荷载，为地铁列车车轮静荷载，、分别为对应①地铁列车运行时的平顺性、②地铁列车作用在铁轨上的动力荷载附加值、③铁轨运营期间表面产生的不均匀磨耗这三种控制条件引起的列车振动荷载典型值。

，为控制条件①②③引起的矢高;为控制条件①②③引起的列车振动波长的圆频率，为地铁列车运营车速，为列车簧下质量，为控制条件①②③引起的典型波长。

根据张庆贺等[4]研究结果，式5.1-1中各项参数取值如下：列车轮重=80kN，列车簧下质量=750kg。取列车在最不平顺状态运行时相应的波长和矢高如下：=10m，=3.5mm，=2m，=0.4mm，=0.5m，=0.08mm。假设地铁列车设计车速为100km/h（27.78m/s），为简化计算，车速=30m/s，此处取值比最高车速稍大，计算结果偏安全。

根据以上参数，计算得地铁列车运行所产生得动荷载如图1所示。

地铁列车动应力随土层深度衰减值（）按式2计算[5]：

式中：

——地铁列车动应力，根据图5.1按动应力最大值取值，=92kPa

m=a/b，n=z/b，a——荷载作用宽度，b——荷载作用长度，

z——所计算土层深度

根据式2计算地铁列车动应力随深度衰减值，计算结果如图2所示。

2.最优石灰掺量计算

铁路路基基床暴露于地表，易受降雨影响出现病害，红粘土属于细粒土，即使经过改良后也不宜填筑在地铁路基基床表层，经过改良后的红粘土可填筑在路基基床底层及以下。

参照《京沪高速铁路路基结构形式及填料改良优化研究》（97G01—A），改良土路基强度需要满足式3、式4要求[5]：

式中：

——路基土饱和固结不排水抗剪强度（kPa）

——所计算土层地铁列车动应力衰减值（kPa）

——地铁列车动应力波动系数，取 1.2

——干湿循环作用下路基土强度折减系数，取0.5

——临界动应力与静强度之比，简称动静比，取0.45

——安全系数，取1.5

——路基改良土现场试验7天无侧限抗压强（kPa）

本次试验所用地铁列车动应力衰减值取地铁路基基床底层上表面为计算土层，土层深度为0.5m，按式2计算得=56kPa。将0.5m深处的带入式5.1-3、5.1-4计算得=448kPa。

经计算，经过改良后的红粘土可填筑在路基基床底层，现场7天无侧限抗压强度必须达到448kPa以上。

参考文献

[1]张玉娥，牛润明，朱英磊.地铁列车振动响应分析及控制方法[J].铁道建筑，2006，（05）：97-99.

[2]李亮，张丙强，杨小礼.高速列车振动荷载下大断面隧道结构动力响应分析[J].岩石力学与工程学报，2005，（23）：4259-4265.

[3]邓飞皇，莫海鸿，曾庆军.地铁运行振动诱发地层和地表动力响应分析[J].科学技术与工程，2007，（03）：348-351.

[4]张庆贺，朱合华，庄荣.地铁与轻轨.北京：人民交通出版社，2002

[5]徐敦美.膨胀土路基石灰改良施工工艺试验研究[D].西南交通大学，2005.

作者简介：

张吉（1995—），云南曲靖人，助教，曲靖师范学院教师。