季冻区高速铁路无砟轨道平稳性控制理论与技术

　　本书将季冻区高速铁路无砟轨道平稳性控制问题凝练为路基温度效应和无砟轨道温度效应影响问题及平稳性保持问题，系统阐述了作者及其研究团队Z新研究成果。全书共6章：第1章介绍了季冻区高速铁路及无砟轨道发展概况，阐明了高速铁路无砟轨道平稳性概念和内涵；第2章探明了高速铁路路基基床表层冻胀作为冻胀变形源的一般规律，试验发现了基床表层粗粒土填料中细颗粒呈簇团分布且是主要持水结构的特征，揭示了细颗粒簇团冻结膨胀推动路基上拱变形的冻胀机理；第3章解析了路基冻胀变形与无砟轨道平稳性的映射关系，提出了基于细颗粒簇团率控制的的冻胀效应控制技术路线，揭示了透水型和防水型路基结构防冻胀机理；第4章阐述了季冻区无砟道床夏季日温差及正负温度梯度Z大的基本特征，提出了季冻区整体温度和温度梯度等温度场特征值建议值；第5章探明了单元板式无砟轨道温度翘曲变形与温度梯度线性正相关关系以及离缝伤损规律，提出了轨道板容许拉应力对应的温度梯度临界值，揭示了结构层温度位移对钢轨应力的影响规律，提出了季冻区无砟轨道温度效应的控制措施；第6章分析了季冻区高速铁路无砟轨道不平顺周期性特征、离缝效应及材料抗冻性，提出了适度平顺维护技术，介绍了轨道不平顺和离缝检测技术及板下充填层抗冻技术，构建了季冻区高速铁路无砟轨道平稳性保持技术。

　　赵国堂研究员，博士生导师。现任中国国家铁路集团有限公司川藏铁路建设指挥部（领导小组）办公室专职副主任、川藏铁路工程技术专家组组长、国家重点研发计划川藏铁路重点专项专家组组长、国家川藏铁路咨询委员会专家，曾任京沪高速铁路建设总指挥部总工程师、铁道部和中国铁路总公司副总工程师，入选国家“百千万人才工程”第一、二层次人选。主要从事轨道动力学、轨道检测技术、轨道管理和高速铁路建造技术方面的研究，在无砟轨道技术研究方面享誉国内外。承担国家自然科学基金、国家“863”计划、国家重大科技专项及铁道部科技开发计划项目30余项。曾获国家科技进步特等奖1项、国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步奖14项，发表论文130余篇，詹天佑铁道科学技术奖大奖和首届全国创新争先奖牌获得者。

第1章
1绪论

1.1我国季冻区分布及气候特征1
1.1.1我国季节冻土的分布1
1.1.2我国季冻区气候特征3
1.2国内外季冻区高速铁路5
1.2.1国外季冻区高速铁路5
1.2.2国内季冻区高速铁路10
1.3高速铁路无砟轨道的应用12
1.3.1无砟轨道结构分类12
1.3.2国外高速铁路无砟轨道12
1.3.3国内高速铁路无砟轨道17
1.4高速铁路无砟轨道平稳性概念20
1.4.1轨道平稳性定义20
1.4.2高速铁路无砟轨道的平顺性21
1.4.3高速铁路无砟轨道的稳定性27
1.5高速铁路无砟轨道平稳性控制关键技术问题29
1.5.1路基温度效应控制关键技术问题29
1.5.2无砟轨道温度效应控制关键技术问题31
参考文献35第2章
36季冻区高速铁路路基温度变形特征及机理

2.1工程概况36
2.1.1地质与气候特点36
2.1.2路基结构形式38
2.1.3路基冻胀的监测38
2.2路基温度场特征40
2.2.1气温变化规律40
2.2.2地温变化特征42
2.3路基温度变形规律44
2.3.1温度变形经时特征44
2.3.2温度变形的空间分布特征46
2.4路基冻结深度变化特征50
2.4.1冻结深度经时特征50
2.4.2冻结深度的空间分布特征51
2.5高速铁路路基冻胀机理53
2.5.1土体冻胀经典理论与模型54
2.5.2粗粒土冻胀研究现状61
2.5.3高速铁路路基填料冻胀的微观结构特征70
2.5.4高速铁路路基填料冻胀机理分析84
参考文献96第3章
100季冻区高速铁路路基冻胀效应及其控制

3.1无砟轨道路基冻胀变形传递模型100
3.2路基冻胀变形对无砟轨道的影响102
3.2.1CRTS Ⅰ型板式无砟轨道受力特征102
3.2.2CRTS Ⅲ型板式无砟轨道受力特征108
3.2.3双块式无砟轨道受力特征114
3.3季冻区无砟轨道平稳性控制技术117
3.3.1路基冻胀变形影响的一般规律117
3.3.2路基冻胀效应控制技术路线118
3.4高速铁路路基冻胀控制技术122
3.4.1透水型路基基床级配碎石122
3.4.2防水型路基防冻胀结构127
3.4.3混凝土基床结构134
3.5防冻胀路基结构的现场试验136
3.5.1哈齐高速铁路试验段136
3.5.2透水型级配碎石的制备及施工138
3.5.3沥青混凝土封闭层施工工艺138
3.5.4现场试验结果及分析146
参考文献149第4章
150季冻区高速铁路无砟轨道温度场特征

4.1国内外混凝土结构温度场研究现状150
4.1.1国外研究现状151
4.1.2国内研究现状154
4.2无砟轨道温度场研究方法160
4.2.1现场测试方法160
4.2.2仿真计算方法166
4.3无砟轨道温度场监测结果及分析170
4.3.1无砟轨道整体温度171
4.3.2无砟轨道温度梯度178
4.4无砟轨道温度场计算结果及分析180
4.4.1无砟轨道整体温度场180
4.4.2无砟轨道温度梯度182
4.5季冻区无砟轨道温度场特征值184
参考文献185第5章
187季冻区高速铁路无砟轨道温度效应及其控制

5.1无砟轨道温度效应计算方法187
5.1.1温度效应计算模型187
5.1.2温度变形和应力计算方法189
5.2CRTS Ⅰ型板式无砟轨道温度效应191
5.2.1轨道板翘曲变形191
5.2.2轨道板翘曲应力195
5.2.3钢轨温度效应199
5.2.4季冻区CRTS Ⅰ型板式无砟轨道适应性205
5.3CRTS Ⅲ型板式无砟轨道温度效应206
5.3.1轨道板翘曲变形206
5.3.2轨道板翘曲应力209
5.3.3钢轨温度效应214
5.3.4季冻区CRTS Ⅲ型板式无砟轨道适应性219
5.4季冻区无砟轨道温度效应的控制219
5.4.1单元式无砟轨道219
5.4.2底座板合理长度222
5.4.3预应力轨道板223
5.4.4隔离层合理刚度226
参考文献229第6章
231季冻区高速铁路无砟轨道平稳性保持技术

6.1季冻区无砟轨道平顺性保持技术231
6.1.1轨道不平顺特征231
6.1.2轨道不平顺检测技术237
6.1.3轨道适度平顺性维护技术252
6.2无砟轨道离缝效应及控制技术255
6.2.1离缝效应试验结果及分析255
6.2.2试验工况的离缝效应计算结果及分析262
6.2.3离缝检测技术269
6.3季冻区无砟轨道材料劣化及控制技术279
6.3.1混凝土冻融破坏机理280
6.3.2混凝土冻融破坏的影响因素281
6.3.3混凝土抗冻性指标283
6.3.4板下充填层抗冻技术285
参考文献291