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摘要
重载列车在提高运输效能的同时也会加剧对基础设施结构的损伤，甚至影响到行车安全，因此开展系统的重载铁路隧道动力响应特性研究具有重要的现实意义。模型在系统分析列车、轨道、隧道底部结构与围岩间相互作用关系的基础上，分别通过赫兹非线性理论定义轮-轨接触和通过修改钢轨竖向坐标的二次建模方法引入轨道不平顺，重点分析和表征了各列车机构、隧道结构体系之间的相互耦合关系，建立了车辆-轨道-隧道一体化三维耦合有限元数值模型，并开展了对比验证。结果表明：模型的计算结果与既有文献中的实测数据相差较小，最大相对差值为12.2%，说明所建立的车辆-轨道-隧道一体化耦合模型及其参数的选取是合理可靠的。在此基础上，进一步针对列车轴重、围岩条件、填充层厚度和轨道条件4个关键因素对重载铁路隧道底部结构的动力响应影响规律开展了共计15个工况的模拟计算。研究结果表明：隧道底部结构及基岩的主应力、沉降变形均随列车轴重的增大、围岩条件的变差以及填充层厚度的减薄而快速呈线性增大；列车轴重和围岩条件对底部结构的动力响应影响最为显著；适当增加填充层厚度能减轻列车动载对隧道底部结构的冲击作用，对于Ⅳ-Ⅵ级围岩地段，建议填充层厚度不宜小于1.33m。
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单位中南大学; 土木工程学院; 湖南省交通规划勘察设计院有限公司; 朔黄铁路发展有限责任公司
