为了研究季节冻土区行驶列车引起的含冻土层铁路路基的振动反应特性,在大庆地区季节冻土场地进行了冬季现场试验。试验结果表明:列车行驶产生的路基振动加速度在近轨处具有周期性变化的特征,随着监测点距轨道距离的增大,其周期特性逐渐减弱并消失;季节冻土层的存在对路基竖向振动具有放大作用;列车行驶引起的路基振动加速度随与铁轨距离的增加而减小,并以竖向振动衰减最快;列车行驶过程中会引起环境振动问题,随着距铁轨距离的增大,垂向加速度振级呈递减趋势,时速越小则降幅越大,货车由于轴重大,衰减幅度低于普通客车。

通过大庆季节冻土场地冬季现场实测试验,实测枕木-路基在列车高速行驶振动荷载作用下振动加速度反应,研究了季节冻土区铁路冬季列车行驶振动加速度反应的变化规律。主要获得了如下结论:(1)列车通过时,枕木主要以竖向振动和横向振动为主;路基近线路中心线处以竖向振动为主,稍远处以纵向振动为主,达到一定距离时主要以横向振动和竖向振动为主;(2)枕木—路基的振动反应与列车类型、行驶速度等因素有关;(3)列车荷载引起的路基振动加速度值随与线路中心线距离的增加而减小。上述研究对真实了解季节冻土场地的枕木-路基体系的动力性能、冻土层对路基振动反应的影响等具有重要的意义,为季节冻土区轨道路基的设计、施工、养护提供依据,给理论研究提供必要的实际依据。

多年冻土场地路基及与之相关土工构筑物的抗震已成为以往研究不足、而目前道路建设中又必须尽快解决的重要工程问题之一。以在建的青藏铁路工程的抗震设计与地震加固为应用背景,基于若干种较为典型的冻土场地路基工况,采用非水平场地土体(土工结构物)地震反应分析的二维动力有限元法,分别输入El Centro波及天津波,开展多年冻土场地路基地震加速度反应谱的研究工作。研究表明,在高频El Centro波和低频天津波输入下,无论冻土层存在与否,路基地震加速度反应谱均主要表现为高频脉冲型,反映了路基的地震冲击型破坏作用;当输入高频El Centro波时,在中、低频段,含冻土层路基的地震加速度反应谱较不含冻土层路基的地震加速度反应谱大;而在低频天津波输入下,冻土层存在与否,对路基地震加速度反应谱的影响较小。与不同的场地地形条件相比,输入地震波频率的不同,对冻土路基地震加速度反应的影响更大,尤其是当存在融沉盆时更加剧了路基的地震加速度反应。

根据波动理论考虑土体的非线性,得到地震反应谱的解答,应用求解水平层状场地地震反应谱的等效线性化程序,数值求解不同负温、不同覆盖层厚度多年冻土场地的地震加速度反应谱,季节冻土场地冬夏季地震加速度反应谱。计算结果表明:负温对多年冻土场地加速度反应谱的影响显著,随着冻结温度的降低,加速度反应谱的加速度峰值逐渐降低,并且其峰值前移,场地卓越周期减小;随着冻土覆盖层厚度的增加,反应谱峰值先增大后减小;季节冻土场地夏季的地震反应高于冬季,但在短周期阶段也出现了反超的现象。