摘要
红层泥岩具有一定的膨胀性，部分线路路堑由于红层泥岩吸水膨胀或者软岩流变特性出现红层泥岩路基上拱现象。随着现代高速铁路的快速发展，列车设计速度已达到400km/h，目前对高速铁路沿线的红层泥岩的研究主要集中于物理力学方面，且列车速度也多集中于300km/h~350km/h，针对红层泥岩地区更高速度无砟轨道变形及动力响应研究相对匮乏，因此本文对路堑地段红层泥岩路基上拱的无砟轨道结构和列车、轨道动力响应进行分析研究。 本文以CRTSⅢ型无砟轨道为对象，建立轨道-路基静力模型，研究路基上拱及底座板结构对钢轨不平顺和层间离缝的影响；建立车辆-轨道-路基动力学模型，研究列车以更高速度运营时，红层泥岩路基正常和上拱条件下轨道结构及列车车辆的动力响应。主要结论如下： （1）基于轨道-路基静力模型，研究路基上拱对钢轨不平顺和层间离缝的影响。由于混凝土结构整体刚度较大，轨道的不平顺波长大于路基上拱波长。路基上拱位于16.99m底座板1/6处，钢轨不平顺波长最长且底座板与路基之间的离缝最大；路基上拱位置对钢轨不平顺率影响较小。路基上拱幅值增加，钢轨不平顺率、复合板与底座板之间的离缝、底座板与路基之间的离缝随路基上拱幅值的增加呈类线性增加。钢轨波长传递比随着路基上拱波长的增加逐渐减小，20m波长能够有效降低路基上拱波幅为10mm时的轨道不平顺。 （2）基于轨道-路基静力模型，研究底座板结构对红层泥岩路基上拱的适应性。底座板长度并不能较好解决红层泥岩路基上拱问题，而传力杆仅能解决由于红层泥岩膨胀由于位置不同导致的基床表层与底座板之间的离缝，并不能有效解决任意位置处红层泥岩膨胀引起的离缝问题。 （3）基于车辆-轨道-路基动力学模型分析更高车速红层泥岩膨胀条件下车辆-轨道动力响应。红层泥岩地区能够适应更高速度列车行驶：车速提升，车辆动力响应逐渐增大，车速500km/h车辆安全性和平稳性指标均为优；轨道结构垂向位移随车速变化不明显，而轨道结构加速度在列车行驶速度400km/h~500km/h增长幅度较大，分别为766m/s2、1013m/s2。弹性模量对车体动力响应影响较小；轨道结构垂向位移在路基本体弹性模量为120MPa时达到最大值。红层泥岩不同膨胀量映射到基床表面的波长、波幅均有变化，车辆动力响应随红层泥岩膨胀量的增加逐渐增大，其中红层泥岩路基上拱波幅30mm，波长10m，车辆安全性和平稳性指标为优；泥岩膨胀量对钢轨、轨道板位移垂向位移影响不大，而钢轨垂向加速度随红层泥岩膨胀量增加呈现减小的趋势，轨道板加速度呈现增大趋势。
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