期刊,铁道科学与工程学报 2024年卷2期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

铁道科学与工程学报

主　　编：余志武

出版周期：双月刊

国际刊号：1672-7029

电子邮箱：jrse@mail.csu.cn

电　　话：0731-82655133；82656174

邮政编码：410075

地　　址：长沙市韶山南路22号

铁道科学与工程学报/Journal Journal of Railway Science and EngineeringCSCD北大核心CSTPCD

查看更多>>本刊是中南大学主办的以理工为主的综合性学术刊物。1979年创刊，1982年公开改进，主要刊登土木工程、建筑工程、交通工程、自动控制、计算机科学与技术、运输管理工程、机电工程、数学力学、基础研究等方面的学术论文。1992年起被列为全国中文核心期刊，1994年被列为美国Ei Page数据库核心期刊。

正式出版

收录年代

基于TLS数据的站场线路点云提取算法

方一鹏宋占峰李军

545-554页

查看更多>>摘要：铁路站场线路几何信息对于铁路安全管理与维护具有重要意义.由于铁路站场内包含多条线路,且轨道错综复杂,使得从大场景点云中自动提取多股道钢轨点云成为难题.地面激光扫描TLS(Terrestrial Laser Scanning)作为非接触式测量手段,可快速获取铁路场景中的海量点云数据.针对TLS技术获取的铁路站场点云数据,提出一种基于Delaunay三角网聚类的多股道钢轨点云提取算法.基于分割-归并的思想,在获取铁路站场高精度点云后,沿站场线路方向将点云分为若干段,基于轨道平顺性特征,利用三角网聚类算法逐段提取钢轨顶面点云.在归并阶段整合站场中各股道轨面点云信息,将各段轨面点云连接起来,同时匹配左右轨面点云.将该方法在玉林站部分站场区域进行实例验证,提取到的轨道点云在对象层面上的总体精度为93.95%,完整度为90.57%,准确度为97.59%,相较于平面格网法,提取总体精度提升了5.65%,准确度提升了18.49%.在10处截面提取轨面宽度与轨距,统计结果表明轨面宽度中误差为5.2 mm,轨距中误差为5.3 mm,满足工程精度需要.实例结果表明,算法可准确有效提取站场多股道钢轨顶面点云,为铁路场景中其他结构物的TLS数据提取工作提供借鉴思路.

关键词：

地面激光扫描点云主成分分析Delaunay三角网聚类算法

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万方数据

自密实混凝土性能劣化对CRTS Ⅲ型板式轨道荷载效应的影响

项阳马昆林董荣珍曾晓辉...

555-567页

查看更多>>摘要：充填层是CRTS Ⅲ型板式轨道的核心部件,由于板式轨道是典型的"三明治"结构,充填层易受环境的影响而出现性能劣化,从而对轨道结构不利.为探究充填层自密实混凝土性能劣化对板式轨道荷载效应的影响,采用ABAQUS软件并结合已有的充填层混凝土损伤研究结果,建立充填层整体损伤工况和更接近实际使用情况的充填层梯度损伤工况的轨道结构有限元模型,计算轨道结构在不同工况的列车荷载和温度荷载下,轨道板、充填层和底座板的应力与位移变化情况,分析充填层疲劳损伤对轨道结构整体性能的影响.结果表明,充填层混凝土的整体损伤将导致充填层刚度显著下降,在列车和温度荷载下,轨道板和充填层组成的复合板易出现各方向的位移,使轨道结构出现局部磨耗增加和轨道不平顺等现象;充填层受荷时各向应力均大幅减小,轨道板的总体应力上升且易出现应力集中,底座板应力相较于其上部结构受充填层性能变化的影响较小.充填层出现四周梯度损伤时,不同荷载作用下,从损伤区至未损伤区应力和位移表现为连续变化,未出现明显的应力集中和应力突变;不同荷载作用下,轨道结构出现损伤的区域应力明显下降,但未发生损伤的板中部区域应力上升,加速了板中部区域的动载疲劳效应,间接增加了轨道结构的疲劳损伤.

关键词：

CRTSⅢ型板式轨道充填层损伤荷载效应

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万方数据

新型土工织物处治膨胀土水分迁移试验研究

郭一鹏聂如松张雄张永杰...

568-577页

查看更多>>摘要：膨胀土是一种亲水性较强的特殊土,遇水易发生胀缩变形,导致修建在膨胀土地区的路基常产生路面开裂、沉降、翻浆等病害.新型土工织物是一种具有排水与加筋功能的新型土工材料,除像传统排水结构一样能排"明水"外,其毛细织物沟槽产生的毛细力还能排毛细水,在非饱和环境下排水效率高.为研究新型土工织物对膨胀土水分迁移的影响规律,通过在膨胀土中设置一层土工织物,开展毛细水上升、降雨入渗条件下素土(素土样)、新型土工织物排水(排水样)及不排水(阻隔样)3种工况的一维土柱对比试验,探索新型土工织物对膨胀土的含水率(体积、质量)、膨胀率及不排水强度的影响规律.研究结果表明:膨胀土与新型土工织物形成的阻隔系统使得更多的水分集聚在土工织物周围,产生了类似"锅盖"的效应;在膨胀土中铺设新型土工织物,能延缓水分迁移速率和抑制胀缩变形,膨胀土的不排水抗剪强度发生了显著变化;阻隔样中新型土工织物将水分吸附、阻滞在其周围不能排出,易造成病害,排水样中试样内外湿度差产生的吸力差将"抽吸"到新型土工织物毛细沟槽中的水分横向导出;为充分发挥新型土工织物在非饱和环境下的排水效率,需将其延伸至土样外.研究成果可为膨胀土路基设计、施工及病害处治提供参考.

关键词：

新型土工织物毛细织物膨胀土含水率膨胀率不排水抗剪强度

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万方数据

螺旋钢桩加固边坡抗滑承载特性研究

黄飞虎裴彦飞苏谦王鑫...

578-590页

查看更多>>摘要：目前,针对螺旋钢桩加固边坡问题,其桩土作用机制及抗滑承载特性研究较少,限制其推广应用.因此,基于FEM和桩与边坡解耦设计分析方法,提出一种适用于螺旋钢桩加固边坡模型的简化方法,并对简化模型桩-土相互作用的模拟效果和抗滑力计算准确度进行验证,随后分别建立螺旋钢桩和等直径钢管桩有限元模型,对比分析其各项受力性能,揭示螺旋钢桩的受力模式.研究结果表明:通过该简化方法计算出的桩顶位移值与现场实测值、滑面处弯矩峰值结果相差均在10%之内,在产生相同抗滑力下,简化模型与三维桩土模型的桩顶位移差值在5%以内,说明此简化方法模拟精度可满足要求.在抗滑承载特性方面,当桩顶产生5 cm位移时,螺旋钢桩较圆型桩抗滑力提高15%;产生相同的抗滑力时,螺旋钢桩顶位移较圆型桩顶位移减少22%.螺旋钢桩在承受滑坡推力时,首先通过桩身挠曲抵抗滑坡推力,随着滑坡位移不断增大,螺旋叶片与周围土体产生的摩擦和挤压作用不断增强,处于滑动剪切区的叶片发生翘曲变形,通过形成反弯矩作用抵抗滑坡推力.平行滑动区与锚固区的叶片在轴向产生相对位移,调动螺旋叶片产生端阻力,并将其传递至滑面以增大抗滑力,由此改变桩周土体位移场与应力场的分布,增强桩土协同工作能力,并起到良好的应力扩散与传递作用.研究成果可为螺旋钢桩的承载特性计算与加固设计提供借鉴.

关键词：

螺旋钢桩边坡加固模型简化数值模拟抗滑承载力

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万方数据

软黏土地区深大基坑工程桩-连续墙体系空间变形效应

盛兴旺林超郑纬奇尹逊一...

591-601页

查看更多>>摘要：土体开挖过程中深大基坑存在明显的空间变形效应,对其主体结构力学行为产生影响.以新建苏州南站枢纽深大基坑为工程背景,考虑地连墙厚度及工程桩的影响,基于ABAQUS建立三维空间有限元模型,采用修正剑桥模型考虑软黏土的应变硬化特征,从地连墙侧向位移、墙后地表沉降、工程桩和坑底土体隆起3个方面,研究软黏土地区深大基坑工程桩-连续墙体系的变形特征及空间效应.研究结果表明:深大基坑地连墙的侧向位移和地表沉降均呈现明显的角部效应,基坑A区(地连墙厚度1 m、桩径1 m)地连墙侧向位移角部效应的影响范围为1.05～1.71倍开挖深度,基坑B区(地连墙厚度0.8 m、桩径1.5 m)地连墙侧向位移角部效应的影响范围为0.91～1.48倍开挖深度;基坑A区、B区地表沉降角部效应的影响范围分别为1.24～2.10和1.77～2.47倍开挖深度;深大基坑空间变形角部效应与工程桩桩径及地连墙厚度有关,并且对基坑长边的影响效果大于短边.工程桩可有效增大基坑开挖面以下土体的刚度,减小地连墙的侧向位移;增大地连墙厚度可有效降低基坑的整体变形.基坑工程桩与坑底土体隆起总体呈现中间大、周边小的特征,工程桩周边土体受其约束,隆起较小;在一定范围内,工程桩对土体隆起抑制作用与其桩径呈正相关,与其桩间距呈负相关.软黏土地区深大基坑设计计算中需关注工程桩-连续墙结构体系的空间变形效应.

关键词：

深大基坑软黏土地区有限元修正剑桥模型空间变形效应

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万方数据

埋入式后压浆管桩竖向抗拔破坏模式研究

邹志炎卢继忠张逸博傅旭东...

602-612页

查看更多>>摘要：埋入式后压浆管桩作为一种新型桩基础,集钻孔灌注桩和预应力管桩的优点于一体,可以解决灌注桩桩身质量不可靠和预应力管桩沉桩困难等问题.对埋入式后压浆管桩的竖向抗拔试验进行CT扫描,得到不同位移状态下模型桩的CT扫描图像,直观地揭示破坏面的发展规律,并建立破坏面方程.对其他学者提出的抗拔桩破坏面方程进行优化,通过静力平衡方程,获得优化后破坏面方程对应的埋入式后压浆管桩抗拔极限承载力函数,并采用遗传算法确定优化后破坏面方程的参数.将多种理论假定破坏面与试验获得的破坏面进行对比分析,验证所得破坏面方程的准确性.研究发现:埋入式后压浆管桩在上拔位移到达0.45倍桩径时发生破坏,此时灌浆层与土体紧密结合,两者之间未出现明显位移,破坏仅发生在灌浆层之外的桩周土体中;破坏面从桩底向桩顶延伸,越靠近桩顶,破坏面距离桩身越远,破坏面在桩底与混凝土侧壁相切,在地面与水平面的夹角接近42°,呈喇叭形破坏;本文的理论假定破坏面与试验获得的破坏面的相关指数R2=0.97,前人的理论假定破坏面与试验获得的破坏面的相关指数R2=0.91,本文的破坏面方程更加贴近试验获得的破坏面.研究成果对埋入式后压浆管桩的设计计算具有重要的参考价值.

关键词：

铁路电力工程埋入式后压浆管桩CT扫描破坏面抗拔极限承载力遗传算法

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万方数据

砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的试验研究

杨奇吴亚飞陈琛邓煜晨...

613-625页

查看更多>>摘要：接触面剪切带的细观变形特征是研究结构物与土体相互作用的核心问题.为探明砂土-混凝土接触面剪切带变形特征,利用大型直剪仪开展砂土-混凝土接触面直剪试验,采用灌砂变形标记法实测砂土变形,依据标记线剪应变沿竖向的变化特征对砂土变形区域进行划分.在此基础上,研究粗糙度、法向应力和密实度对砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的影响规律.研究结果表明:1)砂土可分为非剪切区、过渡区和应变集中区,应变集中区仅存在剪切面之上.2)规则型接触面的上剪切带厚度均值为33D50,远大于下剪切带9D50和"光滑"接触面剪切带厚度20.4D50.3)密实度对剪切带及其过渡区厚度的影响微弱,而粗糙度对其影响显著;法向应力、密实度对应变集中区厚度影响有限,应变集中区厚度随粗糙度的增大近似线性增大;应变集中区长度随粗糙度的增大先增大后减小,随密实度的增大近似线性增大,随法向应力增大而减小.4)随剪切位移增大,上剪切带厚度不断增大而下剪切带厚度先增大后保持基本不变,应变集中区的长度增大,但剪切位移对应变集中区厚度的影响有限.5)获得归一化剪切带厚度取值ht/D50与D50的关系,在有限元模拟规则型结构与砂土的相互作用时,建议砂土体细化网格单元的范围不小于最大剪切带厚度37D50.研究成果深化了砂土-规则型接触面剪切带变形特征的认识,可为大粗糙度、带肋桩的承载变形特性的精细化有限元模拟分析提供重要参考和依据.

关键词：

砂土-混凝土接触面大型直剪试验灌砂标记法剪切带细观变形

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万方数据

考虑多孔介质渗透率变化的宾汉流体渗透注浆扩散模型

李亮单广灿彭琦刘乐...

626-636页

查看更多>>摘要：渗透注浆是一种广泛应用于岩土多孔介质加固的方法,但已有基于浆液流变方程和平衡方程的研究,侧重分析浆液本身性质如黏度时变性、滤过效应、自身重力等对渗透注浆扩散范围的影响,尚未考虑浆液在孔隙内的流动阻力对多孔介质渗透率的影响,导致现有理论解析结果与试验测试结果相差较大.因此,基于黏性流体的运动方程、连续方程和平衡方程,引入浆液在孔隙内的流动阻力对多孔介质渗透率的影响,推导获得多孔介质渗透率随介质孔隙特性、注浆施工参数和注浆扩散半径的函数解析表达式,据此建立考虑多孔介质渗透率变化的浆液扩散控制方程.与已有理论结果对比表明,考虑浆液流动阻力影响的理论结果更接近试验结果,可以验证该理论方法的有效性.参数分析结果表明:考虑浆液在孔隙内的流动阻力时,岩土多孔介质渗透率随注浆时间的增加呈现先迅速降低后缓慢上升趋势,随注浆压力的增大呈现逐渐下降趋势;对于工程中常见的符合宾汉流体性质的水泥浆液材料,当注浆时间小于5 min时,多孔介质渗透率变化是影响浆液扩散的主控因素,超过7 min后,浆液黏度时变性成为主控因素.研究成果能为岩土多孔介质渗透注浆工程实际中注浆参数选取和质量控制起到良好的理论指导意义.

关键词：

渗透注浆岩土多孔介质多孔介质渗透率宾汉流体运动方程连续方程

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不同应力养护条件对水泥土力学性能影响试验研究

陈昌富吕晨阳蔡焕张根宝...

637-647页

查看更多>>摘要：为更好地了解水泥土在养护时期所受应力大小对其后期力学性能的影响,研发恒温等压或偏压条件下水泥土试样的养护装置和相应的试验方法.基于改制的恒温恒压水泥土试样养护装置,制作等压和偏压养护条件下不同龄期的水泥土试样.通过无侧限压缩试验(UCT),获得等压和偏压养护条件下水泥土试样的应力-应变曲线及其无侧限抗压强度(UCS)和变形模量E50随龄期的演化规律.试验结果表明:等压养护时围压σc从0.1 MPa增加到0.3 MPa,水泥土试样在龄期为7 d和14 d时的无侧限抗压强度和变形模量E50均随着围压的增加而增大,但28 d龄期水泥土样的UCS和E50随围压σc的增长而减小,甚至0.3 MPa围压养护试样的UCS已低于无围压养护试样的UCS,水泥土存在"高围压养护长期强度降低效应";不同轴压比λ下偏压养护的水泥土样,其60 d龄期的UCS在偏压较小(即λ＜λc,λc为临界轴压比)时逐渐增加,而在偏压较大(即λ＞λc)时逐渐下降,即水泥土又存在"小偏压养护强度增加,大偏压养护强度降低的效应".通过对试验结果进行回归分析,分别建立等压养护下计入围压参数σc的水泥土UCS和E50的演化方程、偏压养护下水泥土UCS和E50与轴压比λ的经验关系式.研究成果对于深刻理解环境条件对水泥土力学性能的影响机制和指导工程实践,具有较好的理论和工程实际意义.

关键词：

水泥土无侧限抗压强度变形模量等压养护偏压养护

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多物理场下超薄吸波磨耗层微波加热性能研究

彭东黎张细和丁俊剑刘小明...

648-658页

查看更多>>摘要：微波加热技术在沥青路面除冰中的应用得到了广泛的关注,然而目前多对沥青路面整体进行微波加热增强,从而导致路表加热效率提升缓慢.为了进一步提高沥青路面路表的微波加热性能,采用碳化硅(SiC)微波增强集料制备了一种超薄吸波磨耗层,通过微波加热以及除冰试验分析了超薄吸波磨耗层的微波加热性能以及加热耐久性,确定了超薄吸波磨耗层的最佳厚度.并采用COMSOL Multiphysics有限元软件建立了多物理场沥青混凝土微波加热模型,分析了超薄吸波磨耗层的设置对微波加热过程中电磁场的强度与分布以及温度场的影响.研究结果表明:在2.45 GHz频率的微波加热下,超薄吸波磨耗层具有良好的微波加热性能,10 mm厚的超薄吸波磨耗层的微波加热效率相比于普通沥青混合料以及整体微波增强的沥青混合料提高了4.47倍和1.40倍.SiC稳定的微波吸收性能保证了超薄吸波磨耗层具有良好的微波除冰耐久性,在经过反复的微波加热除冰后超薄吸波磨耗层的除冰时间仍然可以保持在45 s左右.数值仿真模拟结果表明超薄吸波磨耗层较强的微波吸收能力可以局部增强试件表层的电磁场强度,从而使更高的温度分布在试件表层.超薄吸波磨耗层内部的电场强度和磁场强度分别比普通沥青混合料试件提高了50.9%和15.7%.综上可知,超薄吸波磨耗层的设置可以提高沥青路面表面的微波加热性能.

关键词：

沥青混凝土微波加热超薄吸波磨耗层温升速率多物理场

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