高速鐵路無砟軌道性能劣化機(jī)理與評估方法

目錄
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 我國高速鐵路發(fā)展概述 1
1.2 高速鐵路無砟軌道發(fā)展歷程 2
1.2.1 高速鐵路無砟軌道深化改革 3
1.2.2 高速鐵路無砟軌道自主創(chuàng)新 8
1.2.3 高速鐵路無砟軌道設(shè)計理論優(yōu)化 9
1.3 高速鐵路無砟軌道服役安全關(guān)鍵問題 10
1.3.1 無砟軌道性能劣化問題 10
1.3.2 無砟軌道損傷識別與質(zhì)量評估問題 13
1.4 高速鐵路無砟軌道損傷劣化機(jī)理與質(zhì)量評估方法 13
1.4.1 高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)劣化機(jī)理 14
1.4.2 基于動力響應(yīng)的無砟軌道損傷識別技術(shù) 18
1.4.3 高速鐵路無砟軌道質(zhì)量評估方法 19
1.5 研究內(nèi)容及技術(shù)路線 20
1.5.1 研究內(nèi)容 20
1.5.2 技術(shù)路線 22
參考文獻(xiàn) 22
第2章 氯離子在無砟軌道中的傳輸規(guī)律與模型 24
2.1 概述 24
2.1.1 氯離子傳輸規(guī)律與模型的研究現(xiàn)狀 24
2.1.2 本章主要內(nèi)容及研究思路 25
2.2 飽和混凝土中氯離子傳輸規(guī)律 26
2.2.1 飽和混凝土氯離子擴(kuò)散理論與模型 26
2.2.2 有限元飽和混凝土氯離子擴(kuò)散模型驗證 31
2.2.3 氯離子在路基上無砟軌道內(nèi)的侵蝕規(guī)律 33
2.3 疲勞荷載下飽和混凝土中氯離子傳輸規(guī)律 37
2.3.1 疲勞荷載下飽和混凝土中氯離子傳輸試驗 37
2.3.2 疲勞荷載下飽和混凝土中氯離子傳輸模型 38
2.3.3 有限元疲勞荷載下飽和混凝土中氯離子傳輸模型驗證 40
2.4 帶裂縫的飽和混凝土中氯離子傳輸規(guī)律 44
2.4.1 無砟軌道產(chǎn)生裂縫的形式與原因 45
2.4.2 氯離子在帶裂縫混凝土中擴(kuò)散的影響因素 46
2.4.3 氯離子在帶裂縫飽和混凝土中的擴(kuò)散分析 48
2.5 非飽和混凝土中氯離子傳輸規(guī)律 56
2.5.1 非飽和混凝土氯離子傳輸機(jī)理 56
2.5.2 非飽和混凝土中水分傳輸模型與氯離子傳輸模型 57
2.5.3 有限差分法求解非飽和混凝土氯離子傳輸模型 60
2.5.4 非飽和混凝土氯離子傳輸模型的分析與研究 65
2.6 本章小結(jié) 71
參考文獻(xiàn) 71
第3章 無砟軌道混凝土低溫凍結(jié)行為 74
3.1 概述 74
3.1.1 混凝土低溫凍結(jié)行為的研究現(xiàn)狀 75
3.1.2 本章主要內(nèi)容及研究思路 75
3.2 無砟軌道混凝土的孔隙結(jié)構(gòu) 76
3.2.1 無砟軌道混凝土的孔隙分類方法 77
3.2.2 無砟軌道混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的物理參數(shù) 77
3.2.3 無砟軌道混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的測試方法 78
3.2.4 無砟軌道混凝土寒區(qū)環(huán)境下的孔隙壓力 80
3.3 無砟軌道混凝土低溫凍結(jié)過程數(shù)值模擬 82
3.3.1 無砟軌道混凝土材料的結(jié)冰規(guī)律 83
3.3.2 無砟軌道混凝土低溫凍結(jié)行為的控制方程 84
3.3.3 無砟軌道混凝土低溫凍結(jié)過程數(shù)值模擬 85
3.4 寒區(qū)環(huán)境下無砟軌道的低溫凍結(jié)行為分析 91
3.4.1 寒區(qū)環(huán)境對無砟軌道的影響規(guī)律 91
3.4.2 不同孔隙率下低溫凍結(jié)對無砟軌道的影響 99
3.4.3 凍結(jié)次數(shù)對無砟軌道的影響 102
3.5 寒區(qū)環(huán)境下無砟軌道粉化整治與保溫防護(hù) 107
3.5.1 無砟軌道底座板混凝土粉化數(shù)值分析 108
3.5.2 無砟軌道底座板混凝土粉化整治 110
3.5.3 寒區(qū)環(huán)境下無砟軌道保溫數(shù)值模擬 113
3.6 本章小結(jié) 121
參考文獻(xiàn) 122
第4章 無砟軌道自密實(shí)混凝土早期劣化機(jī)理 124
4.1 概述 124
4.1.1 自密實(shí)混凝土早期水化-干縮研究現(xiàn)狀 124
4.1.2 本章主要內(nèi)容及研究思路 125
4.2 無砟軌道中自密實(shí)混凝土水化-干縮數(shù)學(xué)表征 126
4.2.1 水泥水化度的確定 127
4.2.2 瞬態(tài)傳熱過程 128
4.2.3 水分傳輸 129
4.2.4 濕度擴(kuò)散 129
4.2.5 自密實(shí)混凝土早期收縮變形方程 131
4.2.6 混凝土水化模型驗證 134
4.3 多場耦合下無砟軌道自密實(shí)混凝土早期水化-干縮過程 135
4.3.1 無砟軌道自密實(shí)混凝土早期水化-干縮模型 135
4.3.2 無砟軌道自密實(shí)混凝土濕度演化 137
4.3.3 無砟軌道自密實(shí)混凝土溫度演化 138
4.3.4 無砟軌道自密實(shí)混凝土收縮應(yīng)變 139
4.3.5 無砟軌道自密實(shí)混凝土應(yīng)力 142
4.4 無砟軌道早齡期自密實(shí)混凝土性能影響因素分析 145
4.4.1 水灰比對水化-干縮階段自密實(shí)混凝土性能的影響 145
4.4.2 濕度對水化-干縮階段自密實(shí)混凝土性能的影響 147
4.5 本章小結(jié) 150
參考文獻(xiàn) 151
第5章 無砟軌道CA砂漿損傷發(fā)展規(guī)律分析 153
5.1 概述 153
5.1.1 CA砂漿損傷研究現(xiàn)狀 154
5.1.2 本章主要內(nèi)容及研究思路 154
5.2 無砟軌道CA砂漿統(tǒng)計損傷本構(gòu)模型 156
5.2.1 無砟軌道CA砂漿損傷本構(gòu)數(shù)學(xué)表達(dá)式 156
5.2.2 UMAT子程序編寫 158
5.2.3 CA砂漿有限元模型算例驗證 160
5.3 含有砂漿損傷的無砟軌道有限元模型 164
5.3.1 無砟軌道有限元模型 165
5.3.2 砂漿損傷對軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)的影響 167
5.4 初始彈性模量對無砟軌道CA砂漿損傷發(fā)展的影響 170
5.4.1 計算工況的選取 171
5.4.2 不同初始彈性模量下CA砂漿損傷情況 171
5.5 列車速度對無砟軌道CA砂漿損傷發(fā)展的影響 176
5.5.1 計算工況的選取 176
5.5.2 不同速度、不同列車荷載作用下無砟軌道CA砂漿損傷情況 177
5.6 板端離縫高度對無砟軌道CA砂漿損傷發(fā)展的影響 181
5.6.1 計算工況的選取 181
5.6.2 不同板端離縫高度下無砟軌道CA砂漿損傷發(fā)展規(guī)律 182
5.7 本章小結(jié) 186
參考文獻(xiàn) 188
第6章 基于振動響應(yīng)的無砟軌道層間脫空損傷識別 190
6.1 概述 190
6.1.1 結(jié)構(gòu)損傷識別方法研究現(xiàn)狀 190
6.1.2 本章主要內(nèi)容及研究思路 192
6.2 基于振動信號的損傷特征指標(biāo)提取 194
6.2.1 含脫空損傷的無砟軌道動力學(xué)模型 194
6.2.2 時域與頻域特征指標(biāo)提取 198
6.2.3 基于小波包分解的頻帶能量提取 207
6.3 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脫空損傷程度識別 211
6.3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)及推導(dǎo) 212
6.3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脫空識別模型 216
6.4 基于SVM的脫空損傷識別 223
6.4.1 SVM的基本原理 223
6.4.2 SVM的參數(shù)優(yōu)選算法 226
6.4.3 SVM的脫空樣本準(zhǔn)備 229
6.4.4 SVM的脫空識別效果 231
6.5 本章小結(jié) 234
參考文獻(xiàn) 235
第7章 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的無砟軌道路基沉降識別 236
7.1 概述 236
7.1.1 無砟軌道路基沉降監(jiān)測的研究現(xiàn)狀 236
7.1.2 本章主要內(nèi)容及研究思路 237
7.2 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的路基沉降識別方法 238
7.2.1 無砟軌道路基沉降識別主要過程 238
7.2.2 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的沉降識別算法 239
7.2.3 基于理論仿真的沉降識別數(shù)據(jù)獲取 239
7.3 無砟軌道路基沉降的車輛振動敏感特征分析 245
7.3.1 模型工況設(shè)置 245
7.3.2 沉降作用下車輛系統(tǒng)振動敏感特征的選取 246
7.3.3 其他條件對路基沉降車輛振動敏感指標(biāo)的影響 256
7.4 無砟軌道路基沉降識別方法 258
7.4.1 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法理論基礎(chǔ) 258
7.4.2 無砟軌道路基沉降識別數(shù)據(jù) 261
7.4.3 基于PSO-SVM的識別方法 264
7.4.4 基于CNN-SVM的識別方法 268
7.4.5 無砟軌道路基沉降識別方法對比 271
7.5 本章小結(jié) 278
參考文獻(xiàn) 279
第8章 無砟軌道層間離縫評估方法 281
8.1 概述 281
8.1.1 無砟軌道層間離縫評估方法研究現(xiàn)狀 281
8.1.2 本章主要內(nèi)容及研究思路 282
8.2 無砟軌道層間離縫成因及理論基礎(chǔ) 284
8.2.1 離縫成因 284
8.2.2 層間離縫理論基礎(chǔ) 285
8.3 不同層間離縫對軌道結(jié)構(gòu)受力分析 289
8.3.1 無砟軌道計算模型及參數(shù) 289
8.3.2 不同層間離縫下軌道結(jié)構(gòu)受力分析 294
8.4 層間離縫評估方法 301
8.4.1 層間離縫評價指標(biāo) 301
8.4.2 層間離縫損傷影響權(quán)重定權(quán)方式 304
8.4.3 層間離縫損傷影響權(quán)重的確定 305
8.5 案例分析與實(shí)例驗證 311
8.5.1 案例分析 312
8.5.2 實(shí)例驗證 314
8.6 本章小結(jié) 315
參考文獻(xiàn) 317
第9章 無砟軌道開裂狀況評估方法 319
9.1 概述 319
9.1.1 無砟軌道開裂狀況評估方法研究現(xiàn)狀 320
9.1.2 本章主要內(nèi)容及研究思路 320
9.2 無砟軌道開裂狀況分類及評價指標(biāo) 322
9.2.1 無砟軌道評價單元選取 322
9.2.2 無砟軌道表面裂縫的檢測識別與分類 324
9.2.3 無砟軌道開裂狀況指標(biāo)計算方法 328
9.2.4 開裂狀況指標(biāo)中參數(shù)的量化方法 330
9.3 開裂損傷對軌道結(jié)構(gòu)受力影響 333
9.3.1 三種不同形式裂縫對無砟軌道的影響 333
9.3.2 不同部件開裂對無砟軌道整體結(jié)構(gòu)的影響 342
9.4 開裂狀況指標(biāo)的參數(shù)權(quán)重計算 348
9.4.1 分析方法介紹 348
9.4.2 基于區(qū)間層次分析法的無砟軌道開裂指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)的建立 353
9.4.3 基于德爾菲法的專家咨詢 354
9.4.4 德爾菲法與數(shù)值模擬結(jié)果向區(qū)間層次分析法的轉(zhuǎn)化 356
9.4.5 無砟軌道開裂影響權(quán)重的確定 359
9.5 案例分析 361
9.5.1 案例一 361
9.5.2 案例二 363
9.6 本章小結(jié) 366
參考文獻(xiàn) 366
第10章 無砟軌道質(zhì)量狀況綜合評估方法 369
10.1 概述 369
10.1.1 無砟軌道質(zhì)量狀況綜合評估方法研究現(xiàn)狀 369
10.1.2 本章主要內(nèi)容及研究思路 370
10.2 損傷質(zhì)量狀況模型建立與受力分析 371
10.2.1 計算模型及參數(shù) 372
10.2.2 開裂損傷狀況下模型受力分析 375
10.2.3 層間損傷狀況下模型受力分析 385
10.2.4 含離縫的無砟軌道開裂狀況下模型受力分析 394
10.3 質(zhì)量狀況綜合評估方法 400
10.3.1 質(zhì)量狀況綜