1.一种高速铁路无砟轨道路基结构设计方法,其特征在于,包括:(1)确定高速铁路无砟轨道荷载分布模型,从上到下依次包括支承层、基床表层及基床底层;(2)建立基床表层和基床底层的粗颗粒路基填料动模量-应变关系模型;(3)建立无砟轨道路基所述基床表层动变形、所述基床底层动应变控制准则;(4)选取所述基床底层和所述基床表层的初始变形模量和初始厚度;(5)将支承层、基床表层、基床底层采用Odemark法的模量与厚度当量假定进行均一化处理;从支承层开始计算路基应力与位移,获得基床表层和基床底层任意一点处的应变值γ j-1 n ,j表示迭代次数;下标n为1表示表层,n为2表示底层;(6)采用粗颗粒路基填料动模量-应变关系模型,基于步骤(5)计算的基床表层与基床底层应变值γ j-1 n ,计算对应的动模量G n j-1 ,再计算对应的变形模量E j n ;(7)判断变形模量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(5)计算基床表层与基床底层的动应变;如果满足则完成迭代计算,进入步骤(8);(8)判断是否满足所述基床表层动变形、基床底层动应变控制准则,如果不满足,则增加基床底层和表层厚度,并返回步骤(5);如果满足,则分别比较计算得到的基床表层动变形、基床底层动应变值与控制准则限值的差值,如果差值控制在40%以内,则输出此时的基床底层和表层厚度,设计完成;如果差值超过40%,则减小基床底层和表层厚度,返回步骤(5);无砟轨道路基所述基床表层动变形、所述基床底层动应变控制准则为:所述基床表层动变形不超过0.22mm;所述基床底层的应变平均值不超过K1倍的变形模量比E/E max 对应的应变,最大应变γ max 不超过K2倍的变形模量比E/E max 对应的应变,K1的取值范围为0.65~0.80,K2的取值范围为0.5~0.6。
2.根据权利要求1所述的高速铁路无砟轨道路基结构设计方法,其特征在于:所述动模量-应变关系模型为:式中G n 为第n层动模量,G n,max 为第n层动模量最大值,γ为应变,γ r 为参考应变,C u 为填料不均匀系数;a为参考应变转换参数;σ′ 0 为有效围压;p a 为1个标准大气压。
3.根据权利要求1或2所述的高速铁路无砟轨道路基结构设计方法,其特征在于:所述基床底层和所述基床表层的初始变形模量和初始厚度确定包括:初始动模量取最大动模量G n,max :G n,max =AGF(e n )(σ′ 0 ) nG式中:AG和nG为经验参数,分别取4800和0.6;F(e n )孔隙率的函数,e n 为基床底层或基床表层孔隙率;下标n为1表示表层,n为2表示底层;采用E n 0 =2G n,max *(1+μ),计算基床底层或基床表层的初始变形模量E n 0 ,μ为土体泊松比。
4.根据权利要求3所述的高速铁路无砟轨道路基结构设计方法,其特征在于:将支承层、基床表层、基床底层采用Odemark法的模量与厚度当量假定进行均一化处理,具体如下:变形模量E n 的层状结构等效厚度h e 调整后的均质半空间体,具体为:其中E 0 为底层模量,h n 为第n层的厚度,n为1表示表层,n为2表示底层,n为3表示支承层。
5.根据权利要求4所述的高速铁路无砟轨道路基结构设计方法,其特征在于:从支承层开始计算路基应力与应变的计算公式为:将荷载作用于所述调整后的均质半空间体顶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 n 为动模量,其与变形模量E n 存在如下关系:式中: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,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。
6.根据权利要求1或2所述的高速铁路无砟轨道路基结构设计方法,其特征在于:E j n 与E j-1 n 的偏差是否满足阈值要求的判断方法包括:如果 不超过5%则满足阈值要求,否则不满足阈值要求。