高速铁路无砟轨道地基泥岩膨胀性分类分级研究

红层泥岩是一种典型侏罗系沉积岩,其含有微量黏土矿物,易遇水软化、失水崩解,具有一定膨胀性,是引起兰新高速铁路路基持续上拱变形的一个重要因素,故重新判定该种土体膨胀性对高速铁路无砟轨道设计和施工具有重要意义。为此,选取等效蒙脱石含量、阳离子交换量、自由膨胀率和液限为泥岩膨胀性判别指标,通过兰新高速铁路上拱地段大量钻孔实测资料,提出了泥岩膨胀等级分级标准,采用改进层次分析法、基尼系数法和直觉模糊理论确定了判别指标组合权重,基于逼近理想解排序法(TOPSIS法)建立了泥岩膨胀性直觉模糊综合评价模型。结果表明：直觉模糊综合评价模型将泥岩膨胀性进行了定量化,克服了同一试样不同指标属于不同等级判别缺陷;室内膨胀量试验验证了膨胀等级分级标准和直觉模糊综合评价模型对兰新高铁地基泥岩适用性和准确性。研究成果对地基红层泥岩高速铁路路基长期持续上拱变形风险评估和工程控制措施提供技术支撑。     

高速移动载荷作用下板式轨道-软岩路基系统的动力特性分析

运用D’Alembert原理和能量弱变分,建立了板式轨道-软岩路基系统半空间垂向耦合的动力计算模型,研究了高速铁路板式轨道-软岩路基系统的动态响应特征,获得了基床面上和软岩路堤面上各种动态响应值,将其作为确定基床厚度和基床表层厚度的前提依据,以指导无碴轨道路基结构的设计与施工。通过室内试验,对软岩及软岩填料的一般路用性能进行了研究,用其来判断软岩能否作为高速铁路无碴轨道基床以下部分填料的必要条件。     

无砟轨道粗颗粒盐渍土路基设计方法

我国“一带一路”发展规划中涉及大面积的盐渍土区域,高速铁路线位往往穿越盐质荒漠,沿线不含盐优质路基填料极其匮乏,亟需研究粗颗粒盐渍土作为高速铁路无砟轨道路基填料的可用性。通过技术创新、理论探索,提出了一种无砟轨道粗颗粒盐渍土路基设计方法,内容主要包括采用不同最大粒径、含盐量、溶陷系数及盐胀系数的粗颗粒盐渍土构筑无砟轨道路基,基床底层运用上结构层与下结构层的双结构层进行设计;以基底隔断层、基床隔断层、倒L型防护层、渗水排盐盲沟作为隔盐排盐系统,形成具有堵疏兼备的阻盐、排盐功能;通过容许盐胀变形法对基床底层上结构层、下结构层进行理论计算,确保无砟轨道路基抗隆起变形满足设计要求;对高速列车摩擦力或制动力可能造成基床隔断层复合土工膜产生相对滑移或拉伸破坏,采用最小滑动摩擦系数法进行控制设计。该方法可实现粗颗粒盐渍土在无砟轨道路基领域的首次应用。     

泥岩地基中黏土矿物含量对高速铁路无砟轨道膨胀潜势的影响

为研究低黏土矿物含量泥岩地基中不同黏土矿物含量对高速铁路无砟轨道路基膨胀潜势、膨胀上拱变形量的影响,对既有规范针对无砟轨道膨胀土判定分级方面进行补充和完善,选取25处典型路基上拱病害段泥岩样进行X射线衍射实验,优化级配的自由膨胀率实验及阳离子交换量实验,采用主成分分析法（PCA）提取累计方差解释量90.098%进行降维分析,并结合实际工程进行等级区间划分。结果表明:PCA可排除各因子间的共线性对模型结果的影响,在统计意义的基础上采用三因子能够正确表征膨胀土膨胀潜势与微观因子间良好的线性关系;通过简化、优化物理指标得到的膨胀土膨胀特性判定指标F,与实际轨道上拱量的Person相关性提高至0.902;依据线路实际膨胀情况和F划分的膨胀等级区间较既有规范判定准确度明显提高。研究结果可为该高速铁路沿线膨胀土判别和灾害防治提供参考和理论支撑。     

云桂高速铁路新型全封闭路堑基床动响应特性研究

膨胀土地区路堑基床病害是高速铁路建设中倍受关注的问题。结合云桂高速铁路工程实际,以典型膨胀土新型路堑基床为基础,借助有限差分软件FLAC3D,建立了三维路堑基床动力分析模型,探讨了列车荷载作用下新型全封闭路堑基床动力特性,并结合现场试验进行了分析。分析结果表明：数值模拟结果可较好地反映基床动响应变化规律,且与现场实测变化趋势相同;基床竖向动应力随深度呈指数型衰减,基床竖向动位移随深度呈幂函数型衰减;路基面动位移值为0.95 mm,满足高速铁路规范要求;基床动响应特征受服役环境影响显著,浸水条件下会引起基床表层动应力及振动速度增大;铺设防排水结构层可改善基床内的动应力分布,并减小路基面的动位移及增强基床抗振性能。研究成果可为膨胀土地区高速铁路工程实践及理论研究提供参考。     

浸水环境下重载铁路改良土路基动力特性研究

浸水入渗与重载列车动载耦合作用下路基的动力响应程度更突出,对行车安全及路基长期稳定提出更严要求。为揭示重载列车动载作用下干燥与浸水路基的动力特性,依托浩吉（浩勒报吉－吉安）重载铁路工程背景,开展循环加载400万的现场激振试验,利用激振设备和配重块组合模拟了轴重25～30 t、速度120 km/h列车动载作用。试验结果表明：路基干燥与浸水状态下,动应力与加速度沿路基深度变化趋势吻合,传至基床底层底面衰减量可达80%;浸水入渗与列车动载的加剧作用更多体现在基床表层与底层的衔接处,相同荷载条件下,衔接处浸水路基的动应力最大可提高28%;相较而言,加速度受浸水环境影响的敏感性远低于动应力;对比可知,沿路基深度范围内动应力水平远小于同位置填料的临界动应力,试验结束路基面累积变形小于5 mm,且呈收敛趋势,说明无论从动强度还是动变形角度来评估,水泥掺量3%～5%改良膨胀土用作基床底层及以下路堤填料时均能满足稳定需求。该研究成果能够对重载铁路改良膨胀土路基的精细化建设养修提供理论参考。     

贵南高铁南宁段古近系泥岩膨胀性判别指标适用性分析

贵南高铁南宁段古近系泥岩是湖沼沉积型半成泥岩,易遇水软化,失水崩解,有一定胀缩性。依托贵南高铁南宁段泥岩样品膨胀性试验数据及路堑边坡人字型骨架开裂的实际现象,采用了相关性、线性回归、匹配度等分析方法,对膨胀性判别指标适用性进行了研究。研究结果表明,干燥饱和吸水率单指标膨胀潜势分级结果与实际较接近,天然湿度样品的膨胀力、交换阳离子含量、蒙脱石含量及自由膨胀率等单指标膨胀潜势分级结果易下降1–2个等级。     

江淮膨胀土自由膨胀率特征

自由膨胀率是公路及其他行业膨胀土判别与分类的常用指标,研究自由膨胀率特征对指导膨胀土判别分类具有重要意义。本文依托皖中地区在建的合(肥)六(安)高速公路,开展了自由膨胀率及其他相关性指标的试验研究,分析了皖中膨胀土的自由膨胀率特征。研究表明:皖中地区膨胀土自由膨胀率与反映膨胀本质的指标蒙脱石含量,以及液限、塑性指数等间接性判别指标具有较好的相关性,可将其用作膨胀土判别与分类的指标;分类实践发现《公路路基设计规范》所推荐的自由膨胀率分级评判标准不能适用于皖中地区膨胀土;根据研究结果给出了具有合理分类特征的分类标准建议。     

红层泥岩及其改良填料路基动力响应试验研究

基床作为路基结构的重要组成部分,其填料的质量对路基、轨道、列车的动力响应影响显著。在实际工程中,基床填料通常可根据设计规范取为A、B组填料,但考虑到经济因素、力学性能等,也可采用既有填料或改良的既有填料。为了研究红层泥岩,A、B组填料,石灰改良红层泥岩分别作为基床填料时对路基动力响应的影响,进行了不同基床填料的现场激振试验。通过对动应力、加速度及沉降等数据的对比分析,得到以下结论：红层泥岩作为基床填料时,动应力与路基沉降在加载激振次数内可满足设计要求;与红层泥岩相比,当基床填料为A、B组填料与石灰改良红层泥岩时,路基表面的动应力与加速度分布更加均匀,因而此时路基的整体承载性能更优越。除此之外,后两种填料时路基内部动应力与加速度的衰减相对前者更显著,并且路基的沉降变形更小,特别是为石灰改良红层泥岩时。     

红层泥岩及其改良填料路基动力响应试验研究

基床作为路基结构的重要组成部分,其填料的种类对路基、轨道、列车的动力响应影响显著。在实际工程中,基床填料通常可根据设计规范取为A、B组填料,但考虑到经济因素、力学性能等,也可采用现有填料或对现有填料进行改良。为了研究红层泥岩,A、B组填料,石灰改良红层泥岩分别作为基床填料时对路基动力响应的影响与差异,进行了不同基床填料的现场激振试验。通过对动应力、加速度及沉降等数据的对比分析,得到以下结论:红层泥岩作为基床填料时,动应力与路基沉降在加载激振次数内可满足设计要求;与红层泥岩相比,当基床填料为A、B组填料与石灰改良红层泥岩时,路基表面的动应力与加速度分布更加均匀,因而此时路基的整体承载性能更优越。除此之外,后两者时路基内部动应力与加速度的衰减相对前者更显著,并且路基的沉降变形更小,特别是填料为石灰改良红层泥岩时。     

红层泥岩及其改良填料路基动力响应试验研究

基床作为路基结构的重要组成部分,其填料的种类对路基、轨道、列车的动力响应影响显著。在实际工程中,基床填料通常可根据设计规范取为A、B组填料,但考虑到经济因素、力学性能等,也可采用现有填料或对现有填料进行改良。为了研究红层泥岩,A、B组填料,石灰改良红层泥岩分别作为基床填料时对路基动力响应的影响与差异,进行了不同基床填料的现场激振试验。通过对动应力、加速度及沉降等数据的对比分析,得到以下结论:红层泥岩作为基床填料时,动应力与路基沉降在加载激振次数内可满足设计要求;与红层泥岩相比,当基床填料为A、B组填料与石灰改良红层泥岩时,路基表面的动应力与加速度分布更加均匀,因而此时路基的整体承载性能更优越。除此之外,后两者时路基内部动应力与加速度的衰减相对前者更显著,并且路基的沉降变形更小,特别是填料为石灰改良红层泥岩时。     

全风化花岗岩改良土路基的长期稳定性试验研究

全风化花岗岩用于高速公路填料已有成功的案例,但由于高速铁路路基变形控制更为严格,能否用于高速铁路路基填料还没有得到实体工程的验证。基于全风化花岗岩及其改良土的工程力学性质和变形特性,使用PMS-500型循环加载设备对全风化花岗岩改良土路基实体工程进行了现场循环加载试验研究,模拟分析了不同轴重列车荷载长期循环作用下浸水前后全风化花岗岩改良土路基的动态特性及沉降规律和其下雨前后路基性状变化。试验结果表明,全风化花岗岩改良土路基经过500万次列车模拟动荷载作用后,即使经历了如雨水长期浸饱路基的最为恶劣工况,最终沉降量不超过7.0 mm,证实了全风化花岗岩经过改良后能满足高速铁路变形控制的设计要求,可用于高速铁路的基床底层及路堤本体填料     

高速铁路路基填料冻胀试验研究

路基冻胀是季节冻土区修建高速铁路必须面对的关键性技术难题. 国内外针对路基填料的冻胀机理和特性进行了很多研究, 但很少涉及路基填料的渗透性问题. 通过室内试验研究了细颗粒含量对路基填料含水量和冻胀率的影响, 通过现场试验研究了路基填料的渗透性能, 选取哈齐客专某试验段路基进行冻胀监测, 验证了防冻层填料的导水特征及其防冻胀性能. 结果表明: 采用填料防冻的技术路线是可行的, 通过合理控制填料组分、级配、细颗粒含量等设计参数, 严格把控施工质量, 路基填料能够满足高速铁路路基防冻胀要求.     

基床翻浆条件下无砟轨道路基振动特性研究

无砟轨道路基翻浆是近年高速铁路路基出现的特殊病害形式,为研究基床翻浆对无砟轨道路基动力特性的影响,在沪宁城际路基翻浆工点进行了病害勘查和现场行车试验,分析了列车荷载作用下翻浆段无砟轨道路基振动特性。结果表明：无砟轨道路基翻浆病害的形成主要与基床表层级配碎石细粒含量较高以及底座板伸缩缝、侧缝封闭不严有关;基床翻浆导致路基对轨道结构支承及约束作用降低,加剧了无砟轨道结构的振动,其中底座板振动放大效应尤其明显,且振动放大效应随车速增加而增大;基床翻浆改变了无砟轨道与路基基床间振动波传递状态,限制了路基基床参振耗能作用的发挥,翻浆断面路基面动位移幅值减少45%,底座板到路基面动位移传递函数减小约2/3,当列车速度为247 km/h时,在路基受动荷载主要作用频率范围内（0～15 Hz）,其动位移传递函数处于0.22～0.39间。     

合肥,南京粘土的胀缩特性

合肥、南京粘土中粘土矿物均以伊利石为主,含有较多的蒙脱石—伊利石混层矿物,高岭石含量少于10％。硅铝率2.35—2.91,pH为7.4—7.7,粘粒组含量都大干30％。根据天然含水率下的膨胀率、膨胀力值划分,两地粘土均为非膨胀土。而按自由膨胀率与塑限、液限综合关系划分,合肥粘土属弱—中膨胀土;南京粘土仍属非膨胀土.造成这种差异的原因是试验所用的试样状态不同之故。同一试样测了原状土天然含水率、缩限状态下的膨胀率以及重塑样的膨胀率,所得膨胀率差异很大,原状样缩限状态下膨胀率最高,天然含水率下膨胀率最低,重塑样天然含水率的膨胀率居二者之间,说明土的含水状态及结构联结对土膨胀性的影响很突出。收缩性按线缩率及体缩率划分,除合肥粘土中有中—强收缩性外,均为弱收缩性。在天然含水率下收缩性强于膨胀性。胀缩性均具各向异性,水平方向强于垂直方向。影响胀缩性的主要因素是含水率、粘粒含量、Fe_2O_3含量、孔隙比及塑性指数。     

高速公路路基膨胀土改性处理的实验研究

膨胀土工程地质性质很差,在被用作高等级公路的路基填料时,要进行改性处理.通过对一种典型膨胀土物理力学性质的研究及掺加石灰进行改性处理试验,得出了不同掺灰量、不同含水量及不同压实度对膨胀土性能的影响规律.在采用掺灰土填筑路基时,最好在大于最佳含水量的条件下压实,并且在可压实的情况下尽可能提高压实含水量及压实度,这样可大大减少路基的膨胀量及膨胀力.     

改性膨胀土路堤填筑含水量优化试验研究

在控制含水量的前提下,对分别掺入不同量石灰、不同量水泥改性膨胀土试件进行强度和膨胀量试验,得到不同含 水量及不同石灰(水泥)掺量对改性膨胀土强度和膨胀性的影响,通过对实验所得数据的分析,找出含水量和掺石灰(水泥)剂 量的最佳融合点,并据此对膨胀土路堤填料的改性施工提出了一些有益的建议。     

膨胀土路基的应对措施

在膨胀土地基上修筑公路路基或采用膨胀性土作为公路路基填料时，受外界因素如地质、水文、气候环境等影响，往往产生道路基底的交替升降变形，路堤压实度的反复变化；在较大路基填挖段，应力与变形的改变与重复更迭，使道路的强度及稳定性发生变化，产生溜坍、滑坡、纵向开裂等病害，最终造成公路路基、路面与构造物的破坏。结合工程实践经验，对膨胀土路基的设计与施工提出一些浅见。     

南阳膨胀土的工程地质特征和填筑适宜性

施工阶段的工程地质调查发现,宁（南京）西（西安）铁路内乡-镇平段南阳膨胀土成因类型上不仅有第四系冲积洪积粘土,而且发育上第三系湖相沉积粘土。不同成因的膨胀土具有不同的空间分布特征和工程性质,X射线衍射测试表明,南阳膨胀土的主要膨胀性粘土矿物是伊利石/蒙脱石混层矿物。物质组成和物理化学性质差异导致击实土在含水量变化条件下膨胀力和膨胀变形有明显的差别;对同一种膨胀土材料,其击实含水量越小,膨胀性越强,甚至含水量降低1 %～2 %,膨胀力就可以增加到200 %以上;击实膨胀土的直剪强度受到钙质结核含量的影响,对于膨胀势为高或强的膨胀土,结核含量小于15 % 时,经过干湿循环后直剪强度衰减量为40 %～65 %,结核含量为25 %～30 % 的强膨胀土直剪强度衰减量则低于30 %;对膨胀土的地质特征、工程性质、击实土的膨胀性和直剪试验结果进行分析,探讨其用于填筑铁路路基的适宜性,进行了填筑适宜性分级。依据研究成果制定的路基施工工艺取得了比较理想的工程效果     

水泥改良黄土力学特性试验研究

通过大量土工试验和理论分析,研究了水泥改良黄土的击实特性、压缩特性、强度特性以及影响因素,在列车重复荷载作用下的动力特性,论证了水泥改良黄土作为高速铁路路基基床底层填料的可行性。