[发明专利]无砟轨道基床表层翻浆病害的模拟装置以及模拟方法

说明书

本发明公开了无砟轨道基床表层翻浆病害的模拟装置以及模拟方法。该模拟装置包括由下至上依次设置的填料层、碎石层、底座板和加载组件以及设于所述填料层四周的刚性层、位于所述碎石层底部和四周的防水层、设于所述碎石层四周的防水层的四周的柔性层、设于所述底座板四周的封闭层、传感器组以及检测所述碎石层的含水量是否饱和的检测装置；所述加载组件包括由下至上依次设置加载梁、加载板和加载装置；所述加载装置包括加载系统、动力源和数据采集系统。本发明对无砟轨道的上部刚性结构进行简化，使填料层模拟基床底层、碎石层模拟基床表层，并增设刚性层和柔性层作为边界，整个装置结构简单且占地面积小，可以在室内进行。

技术领域

本发明涉及无砟轨道基床表层翻浆病害的技术领域，具体而言，涉及无砟轨道基床表层翻浆病害的模拟装置以及模拟方法。

背景技术

近年来，我国在高速铁路领域不断取得新的突破和成就，目前我国高铁总运营里程2.2万公里，已成为高铁运营里程最长的国家，列车运行速度先后突破200km/h、250km/h、350km/h。在此背景下，许多与高速铁路相关的新需求、新问题不断涌现。无砟轨道因其具备稳定性好、耐久性好、塑性变形小、维修量少等特点，成为高速铁路轨道结构的主要发展方向。无砟轨道的优点虽然显而易见，但必须看到，无砟轨道在国外高速铁路上的大面积推广应用只有30多年时间，其本身还有待进一步完善。无砟轨道在隧道、桥梁和高架结构上的应用，已被世界各国铁路普遍认可并逐步标准化，而在高速铁路土路基上的应用则十分谨慎。

国内外高铁运营实践表明：随着运营时间不断增长，在复杂自然环境和高速列车冲击荷载反复作用下，无砟轨道和路基将不可避免地出现损伤、破坏等病害现象，线下工程结构缺陷和病害在无砟轨道线路中逐渐显露。

在高速铁路无砟轨道路基空间多层结构体系中，无砟轨道刚性结构与基床散粒体柔性介质接触层较为薄弱，工作环境复杂，在高周频列车动荷载和水等工程因素的长期作用下，级配碎石微结构损伤恶化导致无砟轨道基床接触状态劣化。路基是由散粒体土石材料填筑而成的土工结构物，在复杂多变的自然环境中受高速列车动荷载等不利因素影响，处于温度场、渗流场、应力场等多场耦合、交互影响中，局部地段无砟轨道路基服役状态可能发生劣化，产生病害。无砟轨道路基翻浆是高速铁路新近发现的特殊病害形式。

无砟轨道路基翻浆改变了无砟轨道的支承条件及传力路径，引起纵向上基础刚度不均匀，成为车-线系统振动的激扰源，加剧列车对无砟轨道路基的动力破坏作用。并且改变了级配碎石组构特征及底座板-基床表层的接触状态，使得路基刚度下降，引起无砟轨道结构体系垂向刚度不匹配，严重影响列车运行的舒适性和安全性。因高速铁路荷载频率、幅值特征以及无砟轨道路基结构上的差异而区别于传统有砟轨道或公路路基翻浆。目前无砟轨道路基冒浆机理尚未形成统一认识，冒浆病害也缺乏等级评定方法，尚未形成相关标准。此问题不能及时解决，将导致实践中无砟轨道路基冒浆病害的评估和整治缺乏科学决策依据。

所以当前迫切地需要对无砟轨道基床翻浆冒泥的发生、发展过程进行观察，揭示无砟轨道路基翻浆冒泥的孕育机理和产生条件，从而提出有效的无砟轨道路基翻浆冒泥防控和整治措施，用以指导无砟轨道路基结构、材料设计与施工。采用现场检测或试验模拟再现的方法对无砟轨道路基翻浆冒泥的发展过程进行观察，成为一个亟需解决的问题。然后运营现场基床翻浆病害，往往是各方面因素的综合作用，直接进行现场检测与分析难以实施、存在较大难度(需要高铁全封闭)，同时基床翻浆冒泥是一个缓慢发展的过程，初期属于隐蔽病害。基于此，对基床翻浆冒泥的形成过程进行室内模拟就显得十分必要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供无砟轨道基床表层翻浆病害的模拟装置以及模拟方法，以解决现有技术中无砟轨道基床表层翻浆病害过程难以观察的问题。