[发明专利]高速铁路路基结构设计方法

权利要求书

1.一种高速铁路路基结构设计方法，其特征在于，包括：

(1)确定高速铁路路基结构及路基面荷载分布形式；

(2)建立单层土体动应变关系表达式；

(3)建立考虑各层材料差异的层间应力与位移表达式，利用剪切弹簧模型定义层间关系；

(4)基于试验数据拟合获得路基填料动应变与土体变形模量的非线性关系模型；

(5)建立路基面动变形、基床底层动应变以及最大应变约束准则；

(6)选取基床底层和表层的初始变形模量和初始厚度；

(7)通过单层土体动应变关系表达式和层间应力与位移表达式计算获得表层与底层的动应变γ^j-1_n；j表示迭代次数；

(8)采用非线性关系模型基于基床表层与底层的动应变γ^j-1_n求解变形模量E^j_n；

(9)判断基床表层与底层的E^j_n与E^j-1_n的偏差是否满足阈值要求，如果不满足，则更新变形模量为E^j_n并返回步骤(7)计算表层与底层的动应变；如果满足则完成迭代计算，进入步骤(10)；

(10)判断是否满足所述最大应变约束准则，如果不满足，则增加基床底层和表层的变形模量和厚度，并返回步骤(7)；如果满足，则比较步骤(9)计算得到的路基动变形、基床底层动应变值与最大约束准则限值的差值，如果差值控制在30％以内，则输出此时的基床底层和表层变形模量和厚度，设计完成；如果差值超过30％，则减小基床底层和表层变形模量和厚度，返回步骤(7)。

2.根据权利要求1所述的高速铁路路基结构设计方法，其特征在于：高速铁路路基基床结构形式为有砟轨道。

3.根据权利要求1或2所述的高速铁路路基结构设计方法，其特征在于：所述单层土体动应变关系表达式包括：

将荷载作用于路基面的情况假设为一竖向集中力P，则半空间内任意一点M(x，y，z)处的6个应力分量和3个位移分量，如下式：

式中：G为土体剪切模量，其与变形模量存在如下关系：

式中：θ为地表以下任意一个点与荷载作用位置连线和竖直方向的夹角，E为土体变形模量；μ为土体泊松比；R为竖向集中力作用点O到M点的距离；σ_x，σ_y，σ_z分别表示x，y，z三个方向的应力分量；τ_xy，τ_yx，τ_yz，τ_zy，τ_zx，τ_xz分别表示x向y方向，y向x方向，y向z方向，z向y方向，z向x方向，x向z方向的应力分量；u，v，w分别表示x y z三个方向的位移分量。

4.根据权利要求3所述的高速铁路路基结构设计方法，其特征在于：考虑各层材料差异的层间应力与位移表达式包括：

在x和y方向上，路基第i层和第i+1层之间的夹层属性定义为：

式中：和分别是第i层x和y方向上的层间系数，α等于0表示完全咬合的状态，α等于1表示完全滑移的状态，因此层间系数范围为0到1，上标2表示第i层底部，上标1表示第i+1层顶部；表示第i层x方向的泊松比，表示第i层y方向的泊松比，表示第i层底部x方向的泊松比，表示x向z_i方向第i层底部的应力分量；

参数为：

式中：a和b分别为多层土体中荷载作用区域的长度和宽度，表示厚度为h的第i层土体的泊松比，表示厚度为h的第i层土体的变形模量。