[发明专利]一种高速铁路基床表层厚度灵活性设计方法

权利要求书

1.一种高速铁路基床表层厚度灵活性设计方法，其特征在于，该方法适用于沥青混凝土铺装板式轨道结构，包括以下步骤：

S1、对施工现场的水文、地质条件、气候条件、环境温度进行勘察和调研；

S2、根据现场调研，对沥青混合料进行选材和配合比设计，并对现场路基各结构层代表性填料取样，进行室内材料试验，获取材料参数；

S3、根据室内材料试验获得的材料参数及现有规范推荐的几何结构参数，建立三维足尺数值计算模型，结合高速铁路设计规范中基床底部的容许应力值对基床表层的厚度进行优化，标定改进后的沥青混凝土支承层厚度及对应的基床表层厚度；

S4、根据足尺数值计算模型优化后的结构层参数，构建室内足尺模型，设置加载头，荷载大小和频率与S3中一致，预埋压力传感器，验证优化后的结构能否满足对于基床底部容许应力的要求，不断调试以满足要求；

S5、确认设计方案后，编制不同基底条件、环境温度、上覆材料及其厚度尺寸对应的高速铁路基床表层厚度的设计参数对照表。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：沥青混凝土铺装板式轨道结构自下而上依次是基底、基床底层、基床表层、透层、沥青混凝土支承层、粘层土工布和轨道板。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S2中沥青混合料的选材需根据S1中调研情况确定，室内材料试验包括动三轴蠕变试验及DSC试验，所需材料参数包括各结构层的力学参数与热力学参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3的方法如下：首先，根据S1中调研的施工现场的实地工程及地质条件，结合现有高速铁路设计规范对于轨道板和传统路基基床表层和底层的结构层设计厚度，并选取合适的沥青支承层厚度，利用有限元或结合离散元耦合建立沥青混凝土铺装板式轨道结构的数值计算模型；然后，根据S2中的现场采样和室内材料试验，获得足尺数值计算模型所需的建模材料参数，输入模型；接着选定合适的边界条件及加载条件，确定约束条件，加荷方式采用定点激振加载；最后进行模型的网格划分。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3中所建立的数值计算模型的结构层厚度尺寸根据现有规范初步拟定，沥青支承层即应力扩散层，厚度为H，基床表层厚度为D，基床底部动应力为σ。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S3和步骤S4中的基床底部容许应力根据高速铁路路基动静应力之比为0.2时标定，选取适当的安全系数，确保结构绝对安全，静应力根据《高速铁路设计规范》(TB10621-2014)中路基面高速列车及轨道均布荷载求得。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中优化后的结构层尺寸为沥青支承层即应力扩散层，厚度为H_i，基床表层厚度为D_i′，当基床底部动静应力比为0.2时，其动应力记为σ_i，经安全系数换算后标定为应力扩散层 厚度为H_i，基床表层厚度为D_i′的结构的基床底部容许应力，记为[σ_i]，而后根据H_i和[σ_i]反算基床表层厚度D_i，得到基床表层厚度与应力扩散层 厚度和基床底部应力的函数关系为：D_i＝f(H_i,σ_i)，由足尺数值计算模型输出得到；所述安全系数的换算方法为：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S4中室内足尺模型试验预埋压力传感器的位置为轨下截面的沥青支承层顶部、基床表层顶部、基床表层底部和基床底层底部，温度计的埋设位置为基床表层顶部、基床表层底部和基床底层底部。