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| 編輯推薦： |
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2020年是世界上*条严寒季冻区*条高速铁路哈大高速铁路开通运营第8年（冬季时速200千米，夏季时速300千米），本书介绍了我国季冻区高速铁路路基和无砟轨道的温度效应及其控制，以及高速铁路无砟轨道平稳性保持技术。理论性强、工程应用性好，在一带一路沿线及高纬度地区高速铁路基础建设有力支撑。
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| 內容簡介： |
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本书将季冻区高速铁路无砟轨道平稳性控制问题凝练为路基温度效应和无砟轨道温度效应影响问题及平稳性保持问题，系统阐述了作者及其研究团队*研究成果。全书共6章：第1章介绍了季冻区高速铁路及无砟轨道发展概况，阐明了高速铁路无砟轨道平稳性概念和内涵；第2章探明了高速铁路路基基床表层冻胀作为冻胀变形源的一般规律，试验发现了基床表层粗粒土填料中细颗粒呈簇团分布且是主要持水结构的特征，揭示了细颗粒簇团冻结膨胀推动路基上拱变形的冻胀机理；第3章解析了路基冻胀变形与无砟轨道平稳性的映射关系，提出了基于细颗粒簇团率控制的的冻胀效应控制技术路线，揭示了透水型和防水型路基结构防冻胀机理；第4章阐述了季冻区无砟道床夏季日温差及正负温度梯度*的基本特征，提出了季冻区整体温度和温度梯度等温度场特征值建议值；第5章探明了单元板式无砟轨道温度翘曲变形与温度梯度线性正相关关系以及离缝伤损规律，提出了轨道板容许拉应力对应的温度梯度临界值，揭示了结构层温度位移对钢轨应力的影响规律，提出了季冻区无砟轨道温度效应的控制措施；第6章分析了季冻区高速铁路无砟轨道不平顺周期性特征、离缝效应及材料抗冻性，提出了适度平顺维护技术，介绍了轨道不平顺和离缝检测技术及板下充填层抗冻技术，构建了季冻区高速铁路无砟轨道平稳性保持技术。
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| 關於作者： |
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赵国堂 研究员，博士生导师。现任中国国家铁路集团有限公司川藏铁路建设指挥部（领导小组）办公室专职副主任、川藏铁路工程技术专家组组长、国家重点研发计划川藏铁路重点专项专家组组长、国家川藏铁路咨询委员会专家，曾任京沪高速铁路建设总指挥部总工程师、铁道部和中国铁路总公司副总工程师，入选国家百千万人才工程第一、二层次人选。主要从事轨道动力学、轨道检测技术、轨道管理和高速铁路建造技术方面的研究，在无砟轨道技术研究方面享誉国内外。承担国家自然科学基金、国家863计划、国家重大科技专项及铁道部科技开发计划项目30余项。曾获国家科技进步特等奖1项、国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步奖14项，发表论文130余篇，詹天佑铁道科学技术奖大奖和首届全国创新争先奖牌获得者。
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| 目錄：
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第1章
1绪论
1.1我国季冻区分布及气候特征1
1.1.1我国季节冻土的分布1
1.1.2我国季冻区气候特征3
1.2国内外季冻区高速铁路5
1.2.1国外季冻区高速铁路5
1.2.2国内季冻区高速铁路10
1.3高速铁路无砟轨道的应用12
1.3.1无砟轨道结构分类12
1.3.2国外高速铁路无砟轨道12
1.3.3国内高速铁路无砟轨道17
1.4高速铁路无砟轨道平稳性概念20
1.4.1轨道平稳性定义20
1.4.2高速铁路无砟轨道的平顺性21
1.4.3高速铁路无砟轨道的稳定性27
1.5高速铁路无砟轨道平稳性控制关键技术问题29
1.5.1路基温度效应控制关键技术问题29
1.5.2无砟轨道温度效应控制关键技术问题31
参考文献35第2章
36季冻区高速铁路路基温度变形特征及机理
2.1工程概况36
2.1.1地质与气候特点36
2.1.2路基结构形式38
2.1.3路基冻胀的监测38
2.2路基温度场特征40
2.2.1气温变化规律40
2.2.2地温变化特征42
2.3路基温度变形规律44
2.3.1温度变形经时特征44
2.3.2温度变形的空间分布特征46
2.4路基冻结深度变化特征50
2.4.1冻结深度经时特征50
2.4.2冻结深度的空间分布特征51
2.5高速铁路路基冻胀机理53
2.5.1土体冻胀经典理论与模型54
2.5.2粗粒土冻胀研究现状61
2.5.3高速铁路路基填料冻胀的微观结构特征70
2.5.4高速铁路路基填料冻胀机理分析84
参考文献96第3章
100季冻区高速铁路路基冻胀效应及其控制
3.1无砟轨道路基冻胀变形传递模型100
3.2路基冻胀变形对无砟轨道的影响102
3.2.1CRTS Ⅰ型板式无砟轨道受力特征102
3.2.2CRTS Ⅲ型板式无砟轨道受力特征108
3.2.3双块式无砟轨道受力特征114
3.3季冻区无砟轨道平稳性控制技术117
3.3.1路基冻胀变形影响的一般规律117
3.3.2路基冻胀效应控制技术路线118
3.4高速铁路路基冻胀控制技术122
3.4.1透水型路基基床级配碎石122
3.4.2防水型路基防冻胀结构127
3.4.3混凝土基床结构134
3.5防冻胀路基结构的现场试验136
3.5.1哈齐高速铁路试验段136
3.5.2透水型级配碎石的制备及施工138
3.5.3沥青混凝土封闭层施工工艺138
3.5.4现场试验结果及分析146
参考文献149第4章
150季冻区高速铁路无砟轨道温度场特征
4.1国内外混凝土结构温度场研究现状150
4.1.1国外研究现状151
4.1.2国内研究现状154
4.2无砟轨道温度场研究方法160
4.2.1现场测试方法160
4.2.2仿真计算方法166
4.3无砟轨道温度场监测结果及分析170
4.3.1无砟轨道整体温度171
4.3.2无砟轨道温度梯度178
4.4无砟轨道温度场计算结果及分析180
4.4.1无砟轨道整体温度场180
4.4.2无砟轨道温度梯度182
4.5季冻区无砟轨道温度场特征值184
参考文献185第5章
187季冻区高速铁路无砟轨道温度效应及其控制
5.1无砟轨道温度效应计算方法187
5.1.1温度效应计算模型187
5.1.2温度变形和应力计算方法189
5.2CRTS Ⅰ型板式无砟轨道温度效应191
5.2.1轨道板翘曲变形191
5.2.2轨道板翘曲应力195
5.2.3钢轨温度效应199
5.2.4季冻区CRTS Ⅰ型板式无砟轨道适应性205
5.3CRTS Ⅲ型板式无砟轨道温度效应206
5.3.1轨道板翘曲变形206
5.3.2轨道板翘曲应力209
5.3.3钢轨温度效应214
5.3.4季冻区CRTS Ⅲ型板式无砟轨道适应性219
5.4季冻区无砟轨道温度效应的控制219
5.4.1单元式无砟轨道219
5.4.2底座板合理长度222
5.4.3预应力轨道板223
5.4.4隔离层合理刚度226
参考文献229第6章
231季冻区高速铁路无砟轨道平稳性保持技术
6.1季冻区无砟轨道平顺性保持技术231
6.1.1轨道不平顺特征231
6.1.2轨道不平顺检测技术237
6.1.3轨道适度平顺性维护技术252
6.2无砟轨道离缝效应及控制技术255
6.2.1离缝效应试验结果及分析255
6.2.2试验工况的离缝效应计算结果及分析262
6.2.3离缝检测技术269
6.3季冻区无砟轨道材料劣化及控制技术279
6.3.1混凝土冻融破坏机理280
6.3.2混凝土冻融破坏的影响因素281
6.3.3混凝土抗冻性指标283
6.3.4板下充填层抗冻技术285
参考文献291
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| 內容試閱：
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我国高速铁路发展取得的成就举世瞩目。到2020年底，高速铁路运营里程将超过38000km，占世界高速铁路运营里程的23，最高商业运营速度达到350kmh，位居世界第一。其中，季节冻土区（以下称季冻区）高速铁路运营里程超过8000km。地处严寒季冻区的哈大高速铁路，冬季商业运营速度最高达到300kmh，成为世界上季冻区商业运营速度最高的铁路。我国季冻区高速铁路建设运营一个重要的成功经验是全面、系统地应用了无砟轨道，这不仅解决了季冻区严酷环境下有砟轨道平稳性差、维修工作量大、道砟二次飞溅等问题，更重要的是消除了有砟轨道冬季道床冻胀对轨道不平顺的影响，为高速列车安全、平稳运行提供了保障。
季冻区高速铁路无砟轨道的应用需要解决两大关键核心技术问题。一是路基的温度效应问题，表现为年复一年的冬季冻胀上拱、春季融化沉落，导致线路高程的循环变化，影响无砟轨道的高平顺性和强度安全性。二是无砟轨道的温度效应问题，表现为夏季超大的日温差下轨道板强烈的循环翘曲变形、超大的年温差下无砟轨道的伸缩变形，以及冬季极低温度下材料的冻融损伤，影响无砟轨道结构的强度安全性、变形稳定性和材料耐久性。
季冻区路基温度效应问题在普速铁路上十分突出，我国东北地区最冷月平均气温可达－20℃以下，普速铁路路基冬季冻胀量可达到50mm以上，春季翻浆冒泥问题严重。季冻区无砟轨道温度效应问题最为典型的是日本东北新干线，由于板式无砟轨道采用非抗冻的CA砂浆，19871988年对数百千米的线路进行了整治。笔者在2001年参与组织秦沈客运专线综合试验时开始关注季冻区高速铁路温度效应问题，特别是线路开通运营以后，无砟轨道试验段CA砂浆充填层出现了日本东北新干线类似的伤损，路基冻胀量最大达到20mm以上，对高速铁路运营安全和效率产生了严重影响。随着我国高速铁路建设规模的快速扩大，无砟轨道铺设范围越来越广，结构伤损及材料劣化问题相继出现，其中基础变形荷载与温度荷载效应更为突出，成为影响无砟轨道平稳性的主要因素。为此，笔者开始将研究重点向无砟轨道与基础的相互作用聚焦，构建了基础变形传递模型，提出了高速铁路无砟轨道和路基多层结构变形调控理论；组织了全国各温度区无砟轨道温度场及温度效应现场测试，提出了我国高速铁路无砟轨道温度分区及温度荷载特征值，揭示了无砟轨道层间黏结失效机理，构建了无砟轨道温度效应控制技术体系。2012年，世界上严寒季冻区第一条高速铁路哈大高速铁路开通运营，由于缺乏严寒季冻区运营经验，采取冬季运营速度200kmh、夏季运营速度300kmh的冬夏两种速度的运输方式以确保运营安全。为掌握严寒季冻区高速铁路运营安全规律，笔者及研究团队持续开展科技攻关，进一步揭示了季冻区高速铁路温度场特征、路基和无砟轨道温度变形机理及其效应，研究成果支撑哈大高速铁路冬季以300kmh的速度运营，并在哈齐、沈丹、哈牡、哈佳、京张、京沈、兰新等高速铁路建设与运营中得到推广应用。
本书是近20年来研究成果的总结。全书共分6章，介绍了我国季冻区高速铁路路基和无砟轨道的温度效应，以及高速铁路无砟轨道平稳性保持技术。
在冬季路基温度效应方面，探明了严寒季冻区高速铁路路基冻胀变形时空分布规律，试验发现了粗粒土填料中细颗粒呈簇团分布的特点，揭示了高速铁路路基细颗粒簇团冻胀机理；解析了路基冻胀变形与无砟轨道平稳性的映射关系，提出了高速铁路无砟轨道路基冻胀效应控制的技术路线，研发了基于细颗粒簇团控制的透水型和防水型路基防冻胀结构及混凝土基床结构，形成了高速铁路路基冻胀控制成套技术。
在夏季无砟轨道温度效应方面，探明了严寒季冻区无砟道床夏季表面温度波动剧烈、正负温度梯度最大的一般规律，提出了季冻区整体温度、温度梯度等温度场特征值、建议值；解析了单元无砟轨道结构温度位移对无缝线路钢轨受力的影响规律，提出了季冻区无砟轨道温度效应的控制措施。
在无砟轨道平稳性保持技术方面，阐述了轨道不平顺、结构效应和材料耐久性控制机理与技术，发现了季冻区无砟轨道平顺性变化以高低不平顺产生与发展为特征、以轨道板和底座板长度为周期的变化特点，构建了不平顺检测技术体系，提出了精准监测基础上的适度平顺维护技术；阐释了离缝条件下轨道结构的受力特征及动力响应，揭示了板下离缝检测机理，研发了离缝检测技术；揭示了通过提升材料的密实性和均质性提高抗冻性能的机理，构建了以自密实混凝土、CA砂浆抗冻技术为核心的季冻区高速铁路无砟轨道抗冻技术体系。
在高速铁路无砟轨道平稳性研究过程中，中国铁道科学研究院江成研究员、蔡德钩研究员、姜子清研究员、李化建研究员、赵磊副研究员、徐旸博士，中铁第四勘察设计院孙立教授级高工、王森荣教授级高工，北京交通大学高亮教授、蔡小培教授，西南交通大学刘钰博士，东南大学蒋金洋教授，中国国家铁路集团杨国涛正高级工程师、刘俊飞博士，以及研究团队的其他专家、学者为研究成果的取得付出了辛勤劳动和智慧，在此一并表示感谢。在本书介绍的成果中，蒋金洋协助完成了粗粒土的微观结构试验，徐旸协助完成了细颗粒簇团冻胀的计算，赵磊和刘钰协助完成了无砟轨道温度效应的计算，在此一并表示感谢。
笔者常怀敬惜字纸之心，写作中力求观点新颖、逻辑严密、表述准确，能使读者开卷有益，奈何力有所不逮、技术有所不及，谬误之处敬请批评指正。
作者2020年11月
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