红层泥岩半刚性基床结构动态变形试验研究

高速铁路要为列车的高速行驶提供一个高平顺性和稳定性的轨下基础,而路基作为轨道结构的基础,必须具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好的特性。由于红层泥岩属于软岩,工程稳定性差,以红层泥岩作为基床的填料,其刚度明显不足,所以为了弥补基床表层的不足,在其顶部添加一层水泥稳定级配碎石。为了验证这些措施的效果,以便指导工程设计和施工,通过足尺动态模型试验,模拟在实际荷载条件下基床的动态变形特性,结果表明,采用水泥稳定级配碎石作为基床表层填料,静态变形明显降低,能够大幅降低动荷载作用时的动变形,减少了基床结构的永久变形,增强了轨道结构的稳定性。     

循环荷载下红层泥岩土的动态特性

针对红层泥岩土这种特殊的粒类材料,通过动三轴试验研究了其在循环荷载下的动态特性。分析了应变和围压对动态参数(动模量、阻尼比)的影响,在对动模量归一化的基础上,并考虑最大阻尼比与围压的关系,提出了一个阻尼比的计算方法。引入了动应力水平的概念,由试验数据得到红层泥岩土的临界动应力水平为30%左右。动强度随围压增加而增大,而随振次的增加减小;在较小的破坏应变标准下,动应力对动强度的影响起主导作用,破坏应变标准增大时,振次的影响起主要作用。根据累积应变曲线的发展趋势,把红层泥岩土的累积变形分为稳定型和破坏型,分析了产生不同变形曲线的原因,并分别采用不同的经验公式对两种累积变形进行计算,得到了各参数的取值范围。     

红层填料蠕变特性及工程应用研究

为了保持轨道的平顺性和稳定性,高速铁路要求路堤的工后沉降为0。红层属于C类填料,易崩解、软化,依据单轴压缩蠕变（粒径小于2 mm和压实度为95 %）试验结果,对红层填料的蠕变特性进行了分析,同时基于工程应用的目的,根据蠕变曲线对路堤的工后沉降进行了预测,论证了采用红层作为填料在一定的施工工艺下能满足路堤工后0沉降的要求。     

红层泥岩在不同浸水条件下填料强度特性试验研究

西南地区红层泥岩分布广泛,常用于工程填筑施工,其遇水易崩解特性常对工程填筑体的稳定性产生不良影响,因此,研究红层泥岩不同浸水条件下单轴抗压强度和浸水-风干循环崩解的变化规律具有重要的工程意义。利用红层泥岩中常见的粉砂质泥岩开展了单轴抗压试验和浸水循环实验,对不同浸水条件的红层软泥岩样品的吸水量、吸水率、单轴抗压强度、弹性模量和峰值应变进行测试;对样品浸水-风干崩解过程进行观测记录,并讨论了干湿环境交替对泥岩单轴抗压强度性能和崩解规律的影响。研究结论如下：(1)随着样品单次浸水过程的进行,样品的含水率与单轴抗压强度、弹性模量、峰值应变呈负相关;(2)样品在单次浸水过程中软化度明显增大,静置后样品外部先产生垂直层理方向裂隙,后垂直层理方向裂隙和平行层理方向裂隙逐渐闭合,使样品软化度小幅度变小,说明泥岩强度损伤主要发生在每次干湿环境交替过程的浸水过程中;(3)样品在多次浸水过程中,崩解过程不断进行,其转折点在第六次和第八次浸水循环,样品崩解频率加剧,在第12次浸水循环后,崩解物颗粒级配趋于稳定。     

广西红层分布及其泥岩工程特性分析

随着我国西部大开发战略的实施,近年来广西红层地区工程建设逐渐增加,本文以红层岩组为基础,对广西地区红层分布进行分析,认为十万大山地区和桂东-桂东南区域分布较为密集。通过物理化学试验及力学试验对红层泥岩进行工程特性统计分析,得出上述区域泥岩膨胀性和崩解性特征,并通过击实特性、CBR承载比、软化系数等指标得知两区域泥岩填料级别主要为C3和C2,从而为相关红层区域工程建设提供一定的理论依据。     

红层地区砂泥岩互层状斜坡岩体流变特性研究

本文在对侏罗系砂溪庙组砂，泥岩进行的系统流变试验的基础上，详细研究了砂，泥岩的流变特性及其相应的长期强度，以及砂，泥岩互层状组成的斜坡碉体流变特征，特别是模拟研究了风化深度较厚的泥岩产生的粘塑性流动对斜坡应力场及斜坡变形破坏所起的不可忽视的作用。     

红层泥岩填筑路堤本体沉降特性研究

本文首先通过对几种不同压实度的红层填料路堤的室内离心模型试验与数值计算分析,确定最合理的压实度为0.93;然后对用压实度为0.93填筑的红层泥岩路堤进行现场碾压试验,确定了碾压参数;最后对达到压实度0.93的红层泥岩路堤进行沉降监测,监测结果表明,红层泥岩填筑路堤本体压密沉降占填土高度的0.7～0.8%,且完成的时间较快.     

基于风化红层泥岩蠕变特性的滑坡时效变形分析——以天水雒堡村滑坡为例

风化红层泥岩蠕变是我国黄土高原区边坡变形失稳的重要原因之一。选取天水市雒堡村巨型多级旋转滑坡,利用KTL全自动三轴仪和基于连续介质力学的离散单元方法（CDEM）数值模拟手段,开展了风化红层泥岩蠕变本构模型和滑坡时效变形研究。通过0.1～0.7 MPa不同围压下的分级加载蠕变试验,揭示了风化红层泥岩试样瞬时弹性变形、衰减蠕变和稳态蠕变三阶段的蠕变行为;同一围压下,轴向变形量随应力水平的增大而增大,且增长速率也逐渐增大;同一应力水平下,轴向变形量随围压的增大而增大,且增长速率也缓慢增大。拟合建立了试样Burgers蠕变本构模型方程。在此基础上,通过数值模拟揭示了自重应力下1 a尺度的滑体时效变形特征：约98.6%的变形发生在60 d内,随后进入稳态蠕变阶段;滑体水平位移量由浅及深逐渐减小,变形主要集中在后缘Ⅰ级滑体,最大位移约54.1 cm,滑坡变形模式表现为推移式;剪应变主要位于每一级滑体后缘滑带陡-缓转折处,最大剪应变约0.23%,但未整体贯通,总体处于较稳定状态。     

红层泥岩水岩作用特征研究

红层是红色陆相沉积为主的碎屑沉积岩层,岩性以砂岩、泥岩、粉砂岩和页岩为主。该类岩层多为软岩与硬岩相间,呈互层状产出,层间结合力弱。受区域构造影响,岩层扭曲褶皱强烈,多中高倾角,结构面发育,有泥化现象。红层中的泥岩具有透水性弱、亲水性强,遇水易软化、塑变,抗风化能力弱,易崩解等特性。特别是遇水后岩体及结构面抗剪强度大幅度降低,并且具有遇水膨胀、失水收缩的工程特性。水岩作用对边坡的影响主要有,结构面遇水泥化导致楔形体失稳,泥岩塑性变形引起边坡蠕变,同时红层还具有很强的崩解性,边坡开挖后发生崩解等现象。     

高速铁路路基戈壁填料地基系数与变形模量分析

以兰新铁路第二双线路基试验段戈壁填料现场填筑试验为依据,分析了路基压实指标K30与Ev2的区别与联系;总结了4个试验工点K30与Ev2及Ev1变形曲线特性,并对地基系数K30与变形模量Ev的相关性进行了分析。结合室内土工试验,对影响K30与Ev2的因素进行总结。结果表明：填土的密实程度是影响K30与Ev1及Ev2/Ev1的主要因素;填料的性质是影响Ev2的主要因素,对 Ev2/Ev1也有较大影响;Ev2为填料的特征参数,反映了路基的刚度;K30为填土压实质量控制指标,K30与Ev1的相关性较好,与Ev2的相关性相对较差,K30与Ev1及与Ev2的相关性的好坏还与填料的性质有关,检测指标越离散,相关性越差     

孟家山黄土-红层接触面滑坡破坏机理研究

本文以天水市孟家山滑坡为例,分析了黄土-红层接触面滑坡的发育特征,运用相似材料物理模拟试验,研究了“坡体蠕动—后缘拉裂—滑带由中部向两侧发展—剪出口形成—坡体突滑”的变形破坏机理。     

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。     

高速铁路路基动态变形模量分析

通过兰新铁路第二双线路基试验段戈壁填料现场填筑试验,分析了动态变形模量Evd与路基填料以及与填土压实质量的关系。研究表明,Evd与静态变形模量Ev2的相关性很好,Evd与地基系数K30的相关性较差。通过ADINA三维动态有限元数值分析并结合现场检测结果,对Evd值的影响因素进行了分析。结果表明,Evd理论上与动模量Ed完全线性相关,Evd与Ed的相关性表达式与动摩擦角及动黏聚力有关;当填土动黏聚力较小时,Evd值随动黏聚力及动摩擦角的增大而增大,当动黏聚力增大到一定值以后,Evd值不再随动黏聚力及动摩擦角的增大而变化;Evd值与土体在冲击荷载作用下的抗剪强度有关,在既定的Ed下,当抗剪强度较小时,Evd值随抗剪强度的增大而增大;当抗剪强度达到一定值后,Evd值不再随抗剪强度的增大而变化。     

竹城公路高液限土与红粘土路用性能的试验研究

通过详尽的室内试验,揭示了竹城公路高液限土与红粘土特殊的路用特性。针对其特点,采用石灰进行高液限土的改性试验,研究其物理力学性质和强度变化规律。研究结果表明,经石灰改性处理的高液限土,液限与塑性指数均降低,膨胀性显著减弱,CBR大幅提升,可用作高等级公路的路基填料。另外探讨了《公路路基设计规范》中关于高液限土与红粘土规定得不够严密的相关内容,为合理有效地利用高液限土与红粘土和补充或修订相应的技术规范做了必要的工作。     

重复荷载作用下粉性路基土累积塑性变形研究

为研究不同含水率、压实度和应力水平下路基压实粉性路基土累积塑性变形影响因素与变化规律,开展了系列动三轴试验。根据累积塑性应变随加载次数的变化规律,获得了不同含水率、压实度下粉土的临界动应力。研究表明,粉性路基土临界动应力随压实度的提高而增大,随含水率的增大而减小。为避免路面结构的破坏,路基土应力状态应控制在临界应力界限范围内。鉴于此,针对路基土临界应力范围内的试验数据,建立了路基土累积塑性变形预估模型。该模型考虑了应力和加载次数的影响。回归分析表明,该模型具有较高的决定系数,即模型具有较高的合理性与可靠性。模型的建立为基于力学经验法的路基累积塑性变形计算提供了参数。最后以典型水泥混凝土路面为例,获得了不同轴载、轴型作用下粉土路基累积塑性变形,为进一步研究路基累积塑性变形对路面结构的影响提供了思路。     

循环荷载下路基红黏土临界应力水平分析

根据设计改装的循环动单轴压缩试验,研究不同含水率、不同轴向应力水平、不同循环加载次数、不同应力加载路径条件下路基土的塑性力学行为,并结合shakedown概念,界定了循环动荷载作用下红黏土的安定界限（shakedown limit）和临界应力水平,系统地分析了影响循环动荷载作用下路基土力学行为的因素和永久变形的发展趋势,以及路基土在循环载荷作用下的力学行为发展规律。通过试验结果的分析,把红黏土的塑性变形分为稳定、破坏和临界3个阶段,并按3个阶段划分出可接受状态和不可接受状态,由此确定路基红黏土在循环荷载作用下的临界应力水平为41.8 %。     

地震荷载下煤矸石路基变形室内试验与数值模拟分析

通过对重塑煤矸石试件进行动三轴试验,研究了随机地震荷载作用下的煤矸石路基填料震陷特性。依据正弦循环荷载作用下的试验结果,获得了不同轴向固结压力下的煤矸石震陷变形特性经验公式;并运用FLAC3D对辽宁阜新某煤矸石路基进行了地震荷载作用下的响应分析。试验表明：煤矸石轴向累积应变随动荷载幅值增加而增大,呈指数关系;震陷试验中,煤矸石试件变形规律经历了振动压密、振动剪切和振动破坏三阶段,与普通路基填料类同,表明煤矸石作路基填料是可行的。数值模拟表明：地震荷载超越概率10％时,路面残余变形不大,路基整体处于稳定状态;地震荷载超越概率2％时,路基边坡将出现滑动带,处于危险状态,且震后残余变形较大。以上研究成果为煤矸石路基抗震设计提供了一定的试验依据,具有较为重要的工程应用价值。     

压实作用对泥岩膨胀性及水分迁移影响

为研究压实作用对泥岩膨胀性及水分迁移的影响,将碾碎过筛泥岩以不同干密度分层夯实到自制试验箱中进行试验,采用高精度位移传感器和TDR-4型湿度传感器进行数据采集,并采用体式显微镜对泥岩颗粒进行微观结构分析。研究结果表明:不同压实作用下泥岩膨胀过程均经历初期快速陡增阶段、中期膨胀减缓阶段和后期膨胀稳定阶段;体积含水率增大过程均经历跳跃式快速增长阶段、外凸弧线缓慢增长阶段和后期稳定阶段;随着干密度的增加,其稳定膨胀量和稳定膨胀率近似呈线形增加;水分在泥岩中的迁移与泥岩自身膨胀挤密和大气影响深度相关,干密度越大,膨胀挤密效果越明显,大气影响深度越小,其水分迁移速度越小;泥岩颗粒孔隙较为发育,连通性较好,可为水分迁移提供通道;泥岩浸水膨胀后呈泥质状态,颗粒间黏结发生破坏。研究可为膨胀泥岩地区高速铁路的修建提供参考依据。     

填方路基振动台动力破坏试验研究

填方路基抗震安全是西部公路建设的关键技术问题之一。以“5•12”汶川地震灾区典型填方路基为背景,采用红层软岩和石英砂为模型路基材料,设计并完成比例为1∶20的大型振动台模型试验。在满足相似律的条件下,通过输入不同地震波类型、频率和振幅,系统地研究填方路基在强地震动作用下的动力响应和损伤破坏过程。试验模型尽可能全面地模拟影响填方路基地震响应的各种主要因素,包括路基与挡墙动力相互作用、路基施工过程、边界条件等。试验结果表明,加速度沿水平方向的响应呈现明显的非线性特征;总体上,模型路基对输入地震波具有明显的放大作用,在水平向地震波作用下,沿路基坡面向上,加速度峰值放大系数呈现递增趋势,路肩附近急剧增大,在逐级增加的输入地震作用下路基发生多处开裂。试验模拟呈现填方路基在地震作用下的响应及其损伤破坏过程,确定抗震薄弱部位,为全面评价路基的抗震性能提供相应的参考。     

巫山县污水处理厂高填方地基湿化变形试验研究

结合巫山县污水处理厂高填方工程，选取压实粘性土样，在室内进行了接近实际应力路径下的“单线法”湿化变形试验，研究了土样在不同的压实度、固结压力和湿化历史下的湿化机理、湿化前后的应力．应变关系及强度变化规律。取得的湿化变形试验成果表明，湿化使土样的变形模量和强度均有所降低；湿化变形不仅包括湿化体应变，而且包括湿化偏应变；随着压实度的增加，湿化变形减小。试验成果为巫山县污水处理厂高填方地基的填筑设计、控制湿化变形的措施和附加压密措施提供了依据。