高速鐵路無(wú)砟軌道性能劣化機(jī)理與評(píng)估方法

目錄
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 我國(guó)高速鐵路發(fā)展概述 1
1.2 高速鐵路無(wú)砟軌道發(fā)展歷程 2
1.2.1 高速鐵路無(wú)砟軌道深化改革 3
1.2.2 高速鐵路無(wú)砟軌道自主創(chuàng)新 8
1.2.3 高速鐵路無(wú)砟軌道設(shè)計(jì)理論優(yōu)化 9
1.3 高速鐵路無(wú)砟軌道服役安全關(guān)鍵問(wèn)題 10
1.3.1 無(wú)砟軌道性能劣化問(wèn)題 10
1.3.2 無(wú)砟軌道損傷識(shí)別與質(zhì)量評(píng)估問(wèn)題 13
1.4 高速鐵路無(wú)砟軌道損傷劣化機(jī)理與質(zhì)量評(píng)估方法 13
1.4.1 高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)劣化機(jī)理 14
1.4.2 基于動(dòng)力響應(yīng)的無(wú)砟軌道損傷識(shí)別技術(shù) 18
1.4.3 高速鐵路無(wú)砟軌道質(zhì)量評(píng)估方法 19
1.5 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線 20
1.5.1 研究?jī)?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(wú)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(yàn)證 31
2.2.3 氯離子在路基上無(wú)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(yàn) 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(yàn)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(wú)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(wú)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(wú)砟軌道混凝土的孔隙結(jié)構(gòu) 76
3.2.1 無(wú)砟軌道混凝土的孔隙分類方法 77
3.2.2 無(wú)砟軌道混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的物理參數(shù) 77
3.2.3 無(wú)砟軌道混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的測(cè)試方法 78
3.2.4 無(wú)砟軌道混凝土寒區(qū)環(huán)境下的孔隙壓力 80
3.3 無(wú)砟軌道混凝土低溫凍結(jié)過(guò)程數(shù)值模擬 82
3.3.1 無(wú)砟軌道混凝土材料的結(jié)冰規(guī)律 83
3.3.2 無(wú)砟軌道混凝土低溫凍結(jié)行為的控制方程 84
3.3.3 無(wú)砟軌道混凝土低溫凍結(jié)過(guò)程數(shù)值模擬 85
3.4 寒區(qū)環(huán)境下無(wú)砟軌道的低溫凍結(jié)行為分析 91
3.4.1 寒區(qū)環(huán)境對(duì)無(wú)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(duì)無(wú)砟軌道的影響 99
3.4.3 凍結(jié)次數(shù)對(duì)無(wú)砟軌道的影響 102
3.5 寒區(qū)環(huán)境下無(wú)砟軌道粉化整治與保溫防護(hù) 107
3.5.1 無(wú)砟軌道底座板混凝土粉化數(shù)值分析 108
3.5.2 無(wú)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(wú)砟軌道保溫?cái)?shù)值模擬 113
3.6 本章小結(jié) 121
參考文獻(xiàn) 122
第4章 無(wú)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(wú)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(guò)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(yàn)證 134
4.3 多場(chǎng)耦合下無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土早期水化-干縮過(guò)程 135
4.3.1 無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土早期水化-干縮模型 135
4.3.2 無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土濕度演化 137
4.3.3 無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土溫度演化 138
4.3.4 無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土收縮應(yīng)變 139
4.3.5 無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土應(yīng)力 142
4.4 無(wú)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(duì)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(duì)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(wú)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(wú)砟軌道CA砂漿統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型 156
5.2.1 無(wú)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(yàn)證 160
5.3 含有砂漿損傷的無(wú)砟軌道有限元模型 164
5.3.1 無(wú)砟軌道有限元模型 165
5.3.2 砂漿損傷對(duì)軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響 167
5.4 初始彈性模量對(duì)無(wú)砟軌道CA砂漿損傷發(fā)展的影響 170
5.4.1 計(jì)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(duì)無(wú)砟軌道CA砂漿損傷發(fā)展的影響 176
5.5.1 計(jì)算工況的選取 176
5.5.2 不同速度、不同列車荷載作用下無(wú)砟軌道CA砂漿損傷情況 177
5.6 板端離縫高度對(duì)無(wú)砟軌道CA砂漿損傷發(fā)展的影響 181
5.6.1 計(jì)算工況的選取 181
5.6.2 不同板端離縫高度下無(wú)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(dòng)響應(yīng)的無(wú)砟軌道層間脫空損傷識(shí)別 190
6.1 概述 190
6.1.1 結(jié)構(gòu)損傷識(shí)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(dòng)信號(hào)的損傷特征指標(biāo)提取 194
6.2.1 含脫空損傷的無(wú)砟軌道動(dòng)力學(xué)模型 194
6.2.2 時(shí)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(shí)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(shí)別模型 216
6.4 基于SVM的脫空損傷識(shí)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(shí)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(wú)砟軌道路基沉降識(shí)別 236
7.1 概述 236
7.1.1 無(wú)砟軌道路基沉降監(jiān)測(cè)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(shí)別方法 238
7.2.1 無(wú)砟軌道路基沉降識(shí)別主要過(guò)程 238
7.2.2 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的沉降識(shí)別算法 239
7.2.3 基于理論仿真的沉降識(shí)別數(shù)據(jù)獲取 239
7.3 無(wú)砟軌道路基沉降的車輛振動(dòng)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(dòng)敏感特征的選取 246
7.3.3 其他條件對(duì)路基沉降車輛振動(dòng)敏感指標(biāo)的影響 256
7.4 無(wú)砟軌道路基沉降識(shí)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(wú)砟軌道路基沉降識(shí)別數(shù)據(jù) 261
7.4.3 基于PSO-SVM的識(shí)別方法 264
7.4.4 基于CNN-SVM的識(shí)別方法 268
7.4.5 無(wú)砟軌道路基沉降識(shí)別方法對(duì)比 271
7.5 本章小結(jié) 278
參考文獻(xiàn) 279
第8章 無(wú)砟軌道層間離縫評(píng)估方法 281
8.1 概述 281
8.1.1 無(wú)砟軌道層間離縫評(píng)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(wú)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(duì)軌道結(jié)構(gòu)受力分析 289
8.3.1 無(wú)砟軌道計(jì)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(píng)估方法 301
8.4.1 層間離縫評(píng)價(jià)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(yàn)證 311
8.5.1 案例分析 312
8.5.2 實(shí)例驗(yàn)證 314
8.6 本章小結(jié) 315
參考文獻(xiàn) 317
第9章 無(wú)砟軌道開(kāi)裂狀況評(píng)估方法 319
9.1 概述 319
9.1.1 無(wú)砟軌道開(kāi)裂狀況評(píng)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(wú)砟軌道開(kāi)裂狀況分類及評(píng)價(jià)指標(biāo) 322
9.2.1 無(wú)砟軌道評(píng)價(jià)單元選取 322
9.2.2 無(wú)砟軌道表面裂縫的檢測(cè)識(shí)別與分類 324
9.2.3 無(wú)砟軌道開(kāi)裂狀況指標(biāo)計(jì)算方法 328
9.2.4 開(kāi)裂狀況指標(biāo)中參數(shù)的量化方法 330
9.3 開(kāi)裂損傷對(duì)軌道結(jié)構(gòu)受力影響 333
9.3.1 三種不同形式裂縫對(duì)無(wú)砟軌道的影響 333
9.3.2 不同部件開(kāi)裂對(duì)無(wú)砟軌道整體結(jié)構(gòu)的影響 342
9.4 開(kāi)裂狀況指標(biāo)的參數(shù)權(quán)重計(jì)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(wú)砟軌道開(kāi)裂指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)的建立 353
9.4.3 基于德?tīng)柗品ǖ膶＜易稍?354
9.4.4 德?tīng)柗品ㄅc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(wú)砟軌道開(kāi)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(wú)砟軌道質(zhì)量狀況綜合評(píng)估方法 369
10.1 概述 369
10.1.1 無(wú)砟軌道質(zhì)量狀況綜合評(píng)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(jì)算模型及參數(shù) 372
10.2.2 開(kāi)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(wú)砟軌道開(kāi)裂狀況下模型受力分析 394
10.3 質(zhì)量狀況綜合評(píng)估方法 400
10.3.1 質(zhì)量狀況綜