艰险山区高速铁路服役期路基结构健康诊断技术

高速铁路服役期路基健康监测与诊断技术对确保高铁线下工程运营安全具有重要的理论意义和工程应用价值。本书结合模型试验、现场试验、数值模拟与理论分析开展系统研究。首先总结归纳山区高速铁路服役期路基病害的类型和成因，其次介绍服役期路基健康监测技术与诊断系统构建原则与方法，然后详细研究服役期路基动力响应演变规律及灾变机理，并在此基础上提出服役期路基结构性状评价指标、标准和预警模型，最后结合现场试验验证所提出的评价指标、标准和预警模型的可行性。本书为高速铁路服役期路基结构健康诊断提供一种新的思路，为保障高速铁路的安全运营提供技术参考，也可为其他交通工程提供借鉴。

第1章绪论1
1.1高速铁路路基结构健康诊断的意义1
1.2高速铁路路基结构健康诊断的研究进展2
1.3高速铁路路基结构健康诊断的关键技术问题2
第2章高速铁路服役期路基病害类型及成因5
2.1路基病害类型5
2.1.1路基下沉5
2.1.2路基隆起10
2.1.3轨道结构层间离缝或开裂11
2.1.4翻浆冒泥14
2.1.5边坡失稳16
2.1.6封闭层上拱开裂19
2.2路基病害成因20
2.2.1路基下沉病害成因21
2.2.2路基隆起病害成因25
2.2.3轨道结构层间离缝或开裂病害成因26
2.2.4翻浆冒泥病害成因28
2.2.5边坡失稳病害成因29
2.2.6封闭层上拱开裂病害成因32
第3章高速铁路服役期路基结构健康监测技术33
3.1路基结构健康远程监测系统方案33
3.2路基结构健康监测断面布设原则34
3.3路基结构健康监测参量与监测传感器优选36
3.3.1监测参量概述36
3.3.2监测传感器优选37
3.4高速动态数据采集与无线传输系统研制40
3.4.1系统实现目标与选择标准41
3.4.2不同系统方案特点与比较选取41
3.5路基结构健康监测传感器埋设方法44
3.5.1孔内监测传感器定位埋设装置44
3.5.2路基等模量无收缩封堵混凝土46
3.6沪昆客运专线服役期路基健康无线监测示范区实施47
3.6.1高填方斜坡路堤示范段监测传感器布设47
3.6.2路堑高陡边坡监测示范段监测传感器布设49
3.6.3远程高频数据采集与无线传输系统实施方案50
3.6.4路基健康远程监测系统现场施工54
3.6.5数据采集与无线传输及存储分析系统搭建61
第4章沪昆客运专线服役期路基健康监测与诊断67
4.1远程监测系统概况67
4.2高填方斜坡路基变形演化特征67
4.2.1高填路堤试验段（DK203+725～DK203+775区段）67
4.2.2斜坡路堤试验段（DK235+555～DK235+605.30区段）69
4.3路堑高陡边坡变形演化特征70
4.3.1隧道进口高边坡试验段（DK203+850～DK203+890区段）70
4.3.2路堑高陡边坡试验段（DK272+960～DK272+990区段）74
4.4高速列车动荷载作用下路基动态响应演化特征77
4.4.1高填路堤试验段（DK203+725～DK203+775区段）77
4.4.2斜坡路堤试验段（DK235+555～DK235+605.30区段）97
第5章高速列车荷载作用下路基动力响应规律及灾变过程多尺度分析115
5.1高铁路基动力响应大比例模型激振试验115
5.1.1大比例模型激振试验系统设计115
5.1.2大比例模型激振试验方案121
5.1.3大比例模型激振试验结果122
5.2高铁路基动力响应原位激振试验130
5.2.1原位激振试验装置130
5.2.2原位激振试验方案131
5.2.3原位激振试验结果133
5.3高铁路基动力响应三维数值148
5.3.1高铁路基静动本构模型148
5.3.2黏土动力本构模型154
5.3.3三维数值模拟方法与计算方案158
5.3.4不同动荷载作用下路基动力响应规律164
5.4高铁路基灾变过程多尺度分析172
5.4.1高铁路基灾变过程多尺度分析方法172
5.4.2高铁路基灾变过程数值分析方案173
5.4.3高铁路基灾变过程中力学响应变化规律176
第6章高速铁路浸水软化路基动力响应及灾变过程数值模拟181
6.1浸水软化路基动力响应及灾变过程数值模拟181
6.1.1分析模型181
6.1.2数值模拟方案181
6.2浸水软化路基动应力响应规律及变化183
6.2.1正常路基动应力衰减规律183
6.2.2不同软化厚度下路基动应力衰减及变化规律184
6.2.3不同软化层深度下路基动应力衰减及变化规律187
6.2.4不同软化程度下路基动应力衰减及变化规律190
6.2.5浸水软化路基动应力衰减程度192
6.3浸水软化路基加速度响应规律及变化194
6.3.1正常路基加速度衰减规律194
6.3.2不同软化厚度下路基加速度衰减及变化规律195
6.3.3不同软化层深度下路基加速度衰减及变化规律197
6.3.4不同软化程度下路基加速度衰减及变化规律200
6.3.5浸水软化路基加速度衰减程度203
6.4浸水软化路基振动速度响应规律及变化205
6.4.1正常路基振动速度衰减规律205
6.4.2不同软化厚度下路基振动速度衰减及变化规律206
6.4.3不同软化层深度下路基振动速度衰减及变化规律209
6.4.4不同软化程度下路基振动速度衰减及变化规律212
6.4.5浸水软化路基振动速度衰减程度215
6.5浸水软化路基动力参数频域响应规律及变化216
6.5.1路基动应力频域响应规律及变化216
6.5.2路基加速度频域响应规律及变化222
6.6长期列车动荷载下浸水软化路基沉降变形规律228
6.6.1浸水软化路基沉降变形实用计算方法228
6.6.2浸水软化路基沉降变形发展规律230
6.6.3浸水软化路基沉降变形规律235
第7章高速铁路浸水软化路基动力响应及灾变过程现场激振试验243
7.1浸水软化路基现场激振试验设计243
7.1.1现场激振试验模型设计243
7.1.2路基动力响应监测传感器布设244
7.1.3浸水入渗控制系统246
7.2浸水软化路基现场激振模型构建247
7.2.1激振模型填筑247
7.2.2准备工作247
7.2.3填筑施工247
7.2.4花管埋设248
7.2.5试验测试指标249
7.2.6试验路基填筑249
7.2.7激振模型基本物理特性251
7.3正常条件下路基动力响应规律253
7.3.1路基动力响应时程曲线253
7.3.2激振条件路基响应频率和共振频率257
7.3.3路基动力响应在纵向和横向上的变化规律261
7.3.4不同激振频率下路基动应力响应对比265
7.3.5不同振次下路基动力响应270
7.4浸水软化下路基动力响应规律272
7.4.1浸水软化下路基动力响应时程曲线272
7.4.2浸水软化下路基幅频曲线273
7.4.3路基上部软化下动力响应274
7.4.4路基上部和中部软化下动力响应277
7.4.5路基全部软化下动力响应279
第8章高速铁路服役期路基结构健康状态评价指标、标准和预警模型及其验证283
8.1高铁路基长期动力稳定性定义283
8.2现有路基结构健康状态评价方法283
8.2.1临界动应力法283
8.2.2有效振速法284
8.2.3动剪应变法284
8.2.4评价方法对比285
8.3服役期路基结构健康状态实用评价指标选取285
8.4服役期路基结构健康状态评价标准286
8.4.1基床动应力衰减率评价标准287
8.4.2表层振动速度衰减比评价标准288
8.4.3频响指数评价标准289
8.5服役期路基结构健康状态诊断技术优化与预警模型290
8.5.1服役期路基结构健康诊断技术290
8.5.2服役期路基结构健康状态预警模型291
8.6服役期路基结构健康状态评价指标、标准和预警模型验证292
8.6.1基床动应力衰减比验证292
8.6.2表层振动速度衰减比验证293
8.6.3频响指数验证293
8.6.4预警模型验证294
参考文献295