2025年蘭州交通大學鐵路工程試驗班土木工程專業(yè)課程試題及答案考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共10分）1.下列哪項不屬于鐵路橋涵設(shè)計中需要特別考慮的結(jié)構(gòu)形式？（）A.橋墩基礎(chǔ)B.橋梁上部結(jié)構(gòu)C.軌道結(jié)構(gòu)D.橋臺身2.鐵路隧道圍巖分類中，屬于硬質(zhì)巖石且完整性好的圍巖級別通常是？（）A.I級B.II級C.III級D.IV級3.在鐵路路基工程中，用于提高路基承載力和減少沉降的主要措施是？（）A.路基邊坡防護B.排水設(shè)施設(shè)置C.填筑材料選擇與壓實D.路基面整形4.鐵路軌道結(jié)構(gòu)中，直接承受列車荷載并將其傳遞給道床的部分是？（）A.道砟B.鋼軌C.軌枕D.道床板5.下列哪種焊接方法常用于鐵路鋼軌的現(xiàn)場連接？（）A.手工電弧焊B.氣壓焊C.等離子弧焊D.激光焊二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.土木工程2.鐵路工程3.橋涵4.隧道5.路基三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述鐵路橋梁與公路橋梁在主要設(shè)計荷載方面有何不同。2.簡述隧道圍巖穩(wěn)定性分級的主要依據(jù)。3.簡述鐵路路基的基本組成結(jié)構(gòu)。4.簡述鋼軌在鐵路軌道系統(tǒng)中的作用。四、計算題（每題10分，共30分）1.某鐵路單線橋涵，設(shè)計荷載為活載K=11，橋墩基礎(chǔ)埋深處土的重度γ=18kN/m3，地下水位深2m，基礎(chǔ)底面尺寸為4mx4m，基礎(chǔ)底面以下為飽和粘土，其孔隙比e=0.8，壓縮模量Es=10MPa。試計算該基礎(chǔ)底面中心點下1m處的豎向自重應力和由設(shè)計荷載引起的附加應力（采用角點法計算，忽略基礎(chǔ)埋深對附加應力的影響，地面標高為零，單位：kPa）。2.一根鋼軌截面面積A=606mm2，每米長度的自重為60.6kg/m，線路設(shè)計坡度為2‰（上坡），列車通過時的垂直動載系數(shù)為1.25，鋼軌材料的容許應力[σ]=160MPa。試計算該鋼軌在自重和列車垂直動載共同作用下產(chǎn)生的最大拉應力（忽略溫度應力和其他水平力）。3.某段鐵路路基填筑材料為砂土，要求壓實度達到90%?，F(xiàn)場實測干密度ρd=17.5kN/m3，已知該砂土的最大干密度ρdmax=18.5kN/m3。試計算該路基填筑是否達到要求壓實度？并說明壓實度的物理意義。五、論述題（15分）試論述鐵路隧道施工中，圍巖失穩(wěn)可能的表現(xiàn)形式及其主要的預防措施。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.C4.B5.B解析思路：1.鐵路橋涵設(shè)計主要考慮承受列車荷載的結(jié)構(gòu)，軌道結(jié)構(gòu)屬于線路系統(tǒng)，不是橋涵本身結(jié)構(gòu)。A、B、D均為橋涵組成部分。2.I級圍巖通常指堅硬完整巖體。3.提高路基承載力和減少沉降主要依靠壓實填筑，使填料顆粒緊密，強度和穩(wěn)定性增加。A、B、D是路基附屬設(shè)施或表層處理，對整體承載力和沉降的直接影響不如C。4.鋼軌直接承受輪軌壓力。5.氣壓焊（通常指接觸焊）是鐵路鋼軌現(xiàn)場連接的主要方法之一，效率高，適應性強。A多用于小口徑管道，C、D技術(shù)成熟度及成本原因較少用于鋼軌現(xiàn)場主連接。二、名詞解釋1.土木工程：指利用科學和工程原理來設(shè)計、建造、維護和修理結(jié)構(gòu)（如建筑、橋梁、隧道）、基礎(chǔ)設(shè)施（如道路、水壩、管道）和大型項目（如水處理設(shè)施、運輸系統(tǒng)）的綜合性學科領(lǐng)域。2.鐵路工程：是指專門研究鐵路線路、橋梁、隧道、車站、軌道、通信信號、車站建筑等工程的設(shè)計、施工、運營、維護和管理的技術(shù)學科。它是土木工程的一個重要分支，具有線路長、跨度大、技術(shù)復雜、服務運輸?shù)忍攸c。3.橋涵：泛指橫跨河流、山谷、道路或其他障礙物，用于承載鐵路（或公路）交通的工程結(jié)構(gòu)物。橋指主要承重結(jié)構(gòu)為梁、拱、桁架等的工程；涵指主要功能是排水和通過小股水流，同時允許鐵路通過的地下或半地下結(jié)構(gòu)。4.隧道：是指為鐵路（或公路、水路、管線等）在地下或水下修建的通道結(jié)構(gòu)物，用于穿越山嶺、河流、洼地或避開障礙物。5.路基：是指鐵路軌道結(jié)構(gòu)以下、路堤填土或路塹挖方形成的、用于支撐軌道結(jié)構(gòu)、承受列車荷載并傳遞荷載給下方土體的基礎(chǔ)部分。三、簡答題1.答：鐵路橋梁設(shè)計荷載除了考慮恒載（結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝、設(shè)備等）外，主要考慮列車豎向活載（如中-活載、活載系數(shù)）、制動力、離心力、風荷載、溫度影響力、雪荷載、洪水位、地震作用等。公路橋梁設(shè)計荷載通常以車輛荷載（車道荷載、車輛荷載）為主，考慮沖擊力、制動力、離心力（彎道）、溫度影響力、雪荷載、洪水位、地震作用等。主要不同在于：鐵路橋梁活載通常以移動的列車荷載（考慮動載系數(shù)）形式出現(xiàn)，且荷載圖式和標準可能不同；公路橋梁活載則以固定車輛或車道均布荷載形式為主。此外，鐵路橋梁對縱斷面的平順度、橋上線路養(yǎng)護要求也更高。2.答：隧道圍巖穩(wěn)定性分級的主要依據(jù)通常包括：圍巖的地質(zhì)構(gòu)造（節(jié)理、裂隙的發(fā)育程度和產(chǎn)狀）、巖石的堅硬程度（單軸抗壓強度、彈性模量等）、完整性（節(jié)理密度、RQD值等）、初始地應力狀態(tài)、地下水影響、巖土力學性質(zhì)試驗結(jié)果等。這些因素綜合決定了圍巖的變形量和破壞可能性，是選擇隧道支護方案、確定施工方法的重要依據(jù)。常用分級標準（如工程分級）會根據(jù)這些因素賦予不同權(quán)重進行量化評價。3.答：鐵路路基的基本組成結(jié)構(gòu)通常包括：路堤填體（或路塹挖方形成的路基基床）、路基面（供軌道鋪設(shè)）、道床（承擔列車荷載并分散到路基）、軌枕（支撐鋼軌并傳遞荷載）、道岔（實現(xiàn)列車轉(zhuǎn)線）、排水設(shè)施（排除路基和邊坡雨水、地下水）、路基邊坡（防止路基側(cè)向失穩(wěn)）以及必要的防護與加固措施（如邊坡防護）等。對于路堤，還包括填筑層的分層結(jié)構(gòu)（如基床表層、基床底層）。對于路塹，還包括必要的截水溝、排水溝等。4.答：鋼軌在鐵路軌道系統(tǒng)中主要作用是：承受并傳遞來自列車車輪的巨大壓力和沖擊力；通過接頭與下方的軌枕連接，將荷載傳遞給軌枕和道床；構(gòu)成線路的直線或曲線形態(tài)，引導列車按預定路線運行；作為導電體，通過接觸導線為列車提供電力（電氣化鐵路）；保證軌道的幾何形狀和軌距。四、計算題1.解：自重應力：σ_z=γ_0h+γ'(z+h)*B/(2*(B/2)^2)+γ'(z)*B/(2*(B/2)^2)其中：γ_0=10kN/m3(假設(shè)地下水位以上土重)，h=2m，γ'=e*γ/(1+e)=0.8*18/(1+0.8)=9.33kN/m3(飽和粘土有效重度)，z=1m，B=4m。σ_z=10*2+9.33*(1+2)*4/(2*2^2)+9.33*4/(2*2^2)σ_z=20+9.33*12/8+9.33*4/8σ_z=20+14.00+4.67=38.67kPa（注：角點法計算自重應力時，深度z以上土柱重和深度z處土層重都需要考慮，但通常簡化為從地表開始計算各層土重。此計算為簡化模型，實際計算可能更復雜。附加應力部分因題目條件不足無法計算。）*修正思路*：更精確的自重應力計算應分層計算，或使用積分。附加應力計算需給出荷載分布（如列車荷載圖式）和計算點位置關(guān)系。題目條件不全，無法完成。*此處按原題意，僅計算部分自重應力*。結(jié)果：中心點下1m處自重應力約為38.67kPa。2.解：鋼軌承受的最大拉應力主要發(fā)生在列車荷載作用下的彎矩最大處，通常簡化計算為鋼軌跨中（簡支梁模型）或接頭處。此處按簡支梁模型估算最大拉應力。最大彎矩M≈(列車總重/2)*L/4（L為計算跨度，此處可假設(shè)為1m簡化）+(列車動載系數(shù)*單位長度重力*L/8)M≈(P/2)*(1/4)+(1.25*60.6*9.8/1000*1/8)M≈(P/8)+(0.945kN/m*1/8)M≈(P/8)+0.118kN·m其中P為列車單線總重，假設(shè)為500kN（常作為估算值）。M≈(500/8)+0.118=62.118kN·m最大拉應力σ_max=M*Wx/Ix其中Wx為鋼軌截面模量，Ix為截面慣性矩。對于標準鋼軌（如60kg/m），Wx≈412.7cm3=4.127×10?mm3。σ_max≈62.118*103N·m*(4.127×10?mm3)/(7850×10?mm?)*(假設(shè)為60kg/m鋼軌截面)*σ_max≈62.118*4.127/7.85≈32.9MPa（實際計算中，列車荷載分布復雜，常采用鐵路標準活載圖式和換算荷載法，結(jié)果會有差異。此處為簡化的估算。）結(jié)果：估算的最大拉應力約為32.9MPa。3.解：壓實度是衡量路基填筑密實程度的指標，定義為現(xiàn)場壓實后的干密度與最大干密度的比值，通常用百分比表示。壓實度=(ρ_d/ρ_dmax)*100%壓實度=(17.5kN/m3/18.5kN/m3)*100%壓實度=0.9459*100%≈94.59%比較計算結(jié)果與要求壓實度（90%）：94.59%>90%結(jié)果：該路基填筑達到了要求的壓實度（90%）。物理意義是現(xiàn)場壓實后的路基材料單位體積內(nèi)的干土重，是其達到最緊密狀態(tài)時理論最大干重的94.59%。五、論述題答：鐵路隧道施工中，圍巖失穩(wěn)是指隧道圍巖在開挖擾動下，其完整性遭到破壞，產(chǎn)生過度變形、開裂，甚至發(fā)生局部或整體坍塌的現(xiàn)象。主要表現(xiàn)形式包括：1.頂板下沉或冒頂：隧道頂部圍巖失去支撐而下沉，嚴重時發(fā)生整體坍塌。2.兩幫（側(cè)壁）收斂或失穩(wěn)：隧道兩側(cè)圍巖向隧道內(nèi)擠壓變形，嚴重時導致壁后空洞或片幫。3.底板隆起或鼓包：隧道底部圍巖因應力釋放而向上鼓起。4.圍巖變形速率加快：監(jiān)測顯示圍巖變形量或變形速率異常增大。5.出現(xiàn)新的裂隙或原有裂隙擴展：圍巖內(nèi)部或表面出現(xiàn)新的破壞面或原有裂縫加寬加深。6.地表沉降加?。簩τ跍\埋隧道，圍巖失穩(wěn)可能引起地表較大范圍或快速的沉降。主要的預防措施包括：1.加強地質(zhì)勘察與超前預報：準確掌握隧道掌子面前方圍巖的地質(zhì)條件、軟弱結(jié)構(gòu)面、應力狀態(tài)和地下水情況，提前預警潛在風險。2.優(yōu)化開挖方法與支護設(shè)計：根據(jù)圍巖等級和地質(zhì)條件，選擇合適的開挖方式（如新奧法、礦山法、盾構(gòu)法等），并設(shè)計科學合理的初期支護（錨桿、噴射混凝土、鋼拱架等）和二次襯砌。初期支護應遵循“及時、有效、復合”的原則。3.做好初期支護：及時施作錨桿、噴射混凝土等，盡早提供支護力，限制圍巖