重载铁路基床表层级配碎石渗透特性试验研究

重载铁路基床表层级配碎石渗透系数的快速、精确测定,对工程施工质量及工期的保证具有重要意义。基于达西定律研制适用于级配碎石的大型常水头渗透试验装置,并利用该装置考虑边壁效应进行一系列渗透试验,探究试样孔隙比e、不均匀系数Cu及特征粒径参数对其渗透系数K20的影响程度及规律。结合试验数据,以太沙基模型为基础,建立同时考虑孔隙及级配特征参数的渗透系数改进计算模型,并通过试验验证其精确性。结果表明:级配碎石的K20与其e2、平均粒径平方d502呈线性关系,与Cu呈负指数关系;d50对K20的影响权重最大,Cu次之,e最小;提出的计算模型具有较高准确性,可为新建重载铁路基床表层施工中填料渗透系数的快速测定及运营路基基床的渗透稳定性评估提供参考。     

DEM拟合级配碎石材料大三轴试验的颗粒粗糙度效应研究

为充分利用石质弃渣,填石路堤已经成为山区高等级公路较普遍的路堤形式,为确保填石路堤的稳定性,急需开展弃渣碎石材料性质的研究。为研究颗粒粗糙度对样本性质的影响,本文以雅泸路某隧道废弃碎石的室内大三轴试验数据为基础,开展离散元法模拟级配碎石材料大三轴试验的颗粒粗糙度效应研究。论文详细介绍了样本颗粒形态及粗糙度的模拟原理、级配碎石数值样本的生成过程。分析数值试验过程及结果表明:团粒形态样本可以更真实地模拟碎石材料的骨架-孔隙结构,样本加载前有着合理、均匀的接触力分布形式; 团粒间的镶嵌结构可以极大的提高样本强度,变形过程中体现出不规则颗粒间的咬合、滑动特征; 样本强度与颗粒粗糙度(即D4值)有着线性正比关系; 样本初始平均接触数是决定样本内摩擦角的决定性因素; 团粒形态样本平均接触数随轴向变形发展的变化规律再现了颗粒材料弹性变形的微观力学机制。     

高等级公路级配碎石柔性基层应用研究

通过室内试验,铺筑试验路,提出了2种级配碎石柔性基层路面结构和1种级配碎石级配,研究了级配碎石基层的施工,可供级配碎石柔性基层设计及施工参考。     

寒区级配碎石冻胀正交试验研究

级配碎石作为季节性冻土地区高铁路基基床表层填料,其防冻胀问题尤为关键。为研究在不同条件下级配碎石的冻胀特性,选取不同的含水率、细颗粒含量、冷端温度和压实度进行了室内封闭系统冻胀正交试验。结果表明,在不同因素、不同水平的组合时,级配碎石有不同程度的冻胀。当级配碎石含水率为5%时,试样的冻胀率较小;当含水率超过7%时,大部分试样冻胀率超过1%。对冻胀过程中试样温度场、冻结深度、冻胀变形过程和冻后试样含水率分布进行了分析,发现冻后试样冷端位置的含水率高于初始含水率,暖端位置的含水率低于初始含水率。当以冻胀率作为参考序列,其他试验条件作为比较序列时,灰色关联度分析结果表明,影响级配碎石冻胀率的主要是含水率,其次为细颗粒含量、压实度及冷端温度,其关联度相差不大。并得出了最有利于冻胀发展的组合。为满足寒区高速铁路变形量的要求,提出以控制级配碎石含水率小于5%为指标。     

土工格栅加筋橡胶碎石动力特性试验研究

土工格栅加筋是提升橡胶碎石混合料承载能力的重要方式。为探究土工格栅加筋橡胶碎石复合体动力特性及其作用机制,基于分级循环荷载作用下大型三轴试验,对3种代表性橡胶掺量碎石混合料进行不同层数土工格栅加筋,分析其累积塑性应变、滞回曲线发展演化规律,对比动弹性模量、阻尼比等动力特性关键参数,探讨耦合作用影响机制。研究结果表明：同级动应力作用下土工格栅加筋可减缓累积塑性应变的增大,随着加筋层数的增多,加筋效果更为明显;橡胶掺量增加可提升试样延性,但导致承载能大幅降低,不利于筋材加筋效果的发挥;滞回曲线形态主要取决于橡胶掺量,随着橡胶掺量增加,其形态更加饱满、倾斜,其排列更加稀疏;土工格栅加筋可提升复合体动弹性模量,并随筋材层数增多呈现出明显增长阶段;橡胶掺量对阻尼比初始值以及变化趋势产生主要影响。     

变质软岩路堤填料湿化变形规律研究

采用双线法,对十堰-天水高速公路安康西段的变质软岩路堤填料,在两种密度条件下进行了大型三轴试验,同一竖向偏应力下饱和与风干状态填料应变的差值即为湿化引起的应变,对其变化规律进行分析,结果表明：填料的湿化变形发展呈两个阶段,临界湿化应变的大小与竖向偏应力和围压的比值密切相关,同一密度、不同围压条件下的各曲线变化点的湿化应变值较为一致;填料密度增大,则变化点的湿化应变值增加,说明密度和围压不仅影响湿化变形的大小,还影响其发展规律。根据3种围压条件下的试验结果,对两种密度的填料,分别建立了填料湿化变形发展规律的公式,并用新的第4种围压条件下的试验结果进行校核,吻合程度较好。该公式可用于分析高速公路施工中路堤湿化变形的大小及发展规律。     

内部侵蚀模式对间断级配砂土力学特性影响研究

土体内部侵蚀作用是道路脱空、路基空洞、疏松体、富水体等城市地下病害成因之一,4类常见城市地下病害可归结于4种侵蚀模式。本文通过溶解间断级配砂土中预置食盐颗粒的方法,模拟潜蚀和集中渗漏侵蚀过程。在三轴试验系统中,通过弯曲元无损检测手段监测侵蚀过程土体小应变剪切波速变化,并在不同围压条件下研究侵蚀土体的抗剪强度、内摩擦角及剪胀特性等宏观力学性质。研究结果表明：内部侵蚀作用使得土体剪切波速和峰值强度出现明显下降,随围压增加剪切波速折减率及抗剪强度均增大;在相同质量侵蚀率下,集中渗漏侵蚀对土体剪切波速、峰值强度和剪胀程度的弱化效果均显著高于潜蚀作用;相对密度约80%的密砂潜蚀后应力-应变曲线为应变软化,而集中渗漏侵蚀后曲线趋于应变硬化;侵蚀后土体的剪切过程仍表现为剪胀,但剪胀趋势较弱。     

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。     

级配碎石填料大三轴试验及累积塑性应变预测模型

级配碎石作为重载铁路基床表层的主要填料,其受列车荷载的影响最大。因此,研究级配碎石在循环荷载作用下的动力行为及累积塑性应变演化特征变得尤为重要。首先,通过制备不同细粒含量的级配碎石填料,开展一系列大型动三轴试验,探究细粒含量、围压及动应力幅值对循环荷载作用下试样累积塑性应变的耦合影响机制。其次,基于塑性安定理论,确定不同应力水平下试样的动力行为,得到考虑围压及细粒含量参数的塑性蠕变状态临界动应力计算模型。最后,结合试验数据,建立考虑应力水平及细粒含量参数的塑性蠕变动力行为累积塑性应变预测模型,并明确各参数的物理意义。其研究成果可为既有重载铁路路基健康状态评估及考虑强度、变形综合控制的路基结构设计提供参考。     

碎石变形特征及挤密碎石桩复合地基效果评价

挤密碎石桩的材料是粒径较大的碎石,粒间粘结很小,其力学特性和其密度与侧压力有关,以往研究多作为弹性材料看待。利用大型三轴试验研究了碎石的变形特点,并根据试验结果总结了碎石的变形规律。在工程上常遇到的应变范围内,碎石三轴剪切试验的应力-应变关系可用双曲线拟合,体变曲线则接近于抛物线;单向压缩试验的轴向应力-应变符合幂函数曲线。徐－宿高速公路挤密碎石桩地基处理现场试验结果表明,经过碎石桩处理后的液化地基的液化势得到消除,该试验研究工作对类似工程有参考价值。     

砾钢渣抗液化特性试验研究

陈化的钢渣作为土工回填材料是废弃钢渣循环利用的主要途径之一。按土的工程分类方法,将废弃钢渣划分为砾钢渣、粗钢渣和细钢渣。针对砾钢渣,考虑固结应力比、振动频率、围压和含砾量等影响因素开展动三轴试验研究。分析了砾钢渣的应力、应变和动孔隙水压力的特性,分析了砾钢渣试样的动强度与振动次数、动应变与振动次数、孔隙水压力与振动次数和动应力与动应变关系。采用Seed和Finn提出的饱和砂土动孔压计算模型分析砾钢渣的动孔压曲线类型,并与传统砂砾土的抗液化强度进行比较。得出砾钢渣的抗液化特性较好,工程中可以用砾钢渣替代传统的砂土、砂砾土、砂砾料和砂卵石作为回填料,解决砂砾资源日渐短缺的问题。     

碎石垫层强度与变形特性试验研究和有限元分析

碎石垫层已广泛应用于土木工程各个领域,但碎石垫层的强度与变形特性尚不十分清楚,需要进一步研究。通过对5种不同厚度碎石垫层在高应力下的室内模型试验和有限元分析,揭示了不同厚度碎石垫层的强度特性和变形特征。通过有限元分析与试验结果的对比分析,得出了不同厚度的碎石垫层荷载与沉降变形、竖向应力与侧向约束力都近似呈线性变化。碎石垫层的厚度对沉降大小有一定影响,在其他条件相同的情况下,碎石垫层越厚,沉降越大。在一定荷载作用下,碎石垫层在较短的时间内自身压缩变形已基本趋于稳定,而后随时间的增加,其压缩变形量很小。提出了一种测定碎石类土侧压力系数、泊松比及变形模量的试验测定方法,以期为测定其他类别土的侧压力系数、泊松比及变形模量提供参考。     

掺砾黏土样的大型三轴流变特性试验研究

高心墙堆石坝的砾质土筑坝材料含有较大颗粒,又含有大比例的黏性土,渗透系数较低,试验需要用大尺寸的仪器。大尺寸试验排水、饱和困难、试验周期长、难度大,一直是试验工作的难点,在砾质土试样中预留砂芯加速排水饱和的方法可以有效地解决该问题。对掺砾黏土样进行了大型三轴流变试验,通过实测蠕变量和蠕变模型参数对掺砾后黏土样的流变特性进行了分析。研究结果表明,掺砾黏土样的蠕变量与时间关系呈现较好的幂函数关系,采用长江科学院蠕变模型可准确地描述其流变特性;在相同饱和状态下掺砾样的蠕变量和蠕变模型参数指标较低,说明掺砾起到了改善土样工程性状的功能;在均为土样或者掺砾样条件下非饱和状态的蠕变指标明显低于饱和状态下的蠕变指标,说明预留砂芯加速排水的方法起到了明显的作用,促进了试样的充分饱和。     

土工带加筋碎石土的抗剪强度特性研究

大型三轴固结排水剪切试验表明：土工带加筋后土体的破坏强度和破坏应变均得到提高。从加筋土和未加筋土的强度包线看出,加筋前后土体的强度曲线基本平行,摩擦角相等,粘聚力提高。通过分析加筋土的应力-应变关系试验曲线,研究土工带加筋素碎石土的抗剪强度特性,提出土工带加筋土的抗剪强度表达式。为进一步研究土工带素碎石土加筋机理提供试验基础。     

多年冻土斜坡路基失稳变形影响因素及特征研究

从力学相似性的角度进行多年冻土斜坡路基失稳变形离心模型试验,分析最大融深状态下冻土斜坡路基土层性质、高度以及地基坡度对其稳定性的影响规律,研究冻土斜坡路基失稳变形特性、失稳机制及模式,将片石路基与普通路基进行对比分析。试验结果表明,冻土斜坡路基土层力学性质、路基高度和地基坡度对其稳定具有显著影响,路基的变形在冻融交界面发生骤变,变形主要集中在冻融交界面之上的土层;在本试验条件下,多年冻土斜坡路基合理高度约为5 m;当斜坡路基高度为5 m时,地基坡度大于1: 6,路基横向变形迅速增大;冻土斜坡路基的沉降和横向变形表现出较大的不均匀性,冻土斜坡路基变形失稳的根本原因是冻融交界附近软弱带的抗剪强度不足,阳坡冻融交界面之上的土层沿软弱带滑移破坏;路基破坏可分为浅层开裂破坏、深层开裂破坏和整体滑移破坏3种;冻土斜坡片石路基的水平位移和沉降明显小于普通路基,片石路基具有较好的整体稳定性。     

含水率对加筋膨胀土强度的影响

通过室内加筋三轴剪切试验,得出最优含水率附近两种不同含水率的加筋膨胀土的应力-应变关系曲线。分析试验曲线可知,相同含水率时试样的强度随着加筋层数、周围压力的增加而增大;同围压、同加筋层数的试样的含水率略微的减少,引起强度明显的增加,表明加筋膨胀土强度的水敏感性。     

饱和黏性土和砂砾石料振动孔压的试验研究

在国内外主要孔压发展模型的基础上,对某土石坝心墙防渗黏性土和坝基砂砾石料饱和试样进行动三轴试验,提出了两种材料的顾淦臣孔压模型,并对砂砾石料的孔压发展规律作了深入地分析,提出了不同固结比Kc时振动孔压比和振次比的函数关系。试验结果表明,动孔压随振动周数和振动强度的增加而增加,随固结应力比或初始剪应力比的增加而减小;无论等压或偏压固结,黏性土均不会出现动孔压ud等于围压力? 3c的液化现象,其孔压比Ru均小于0.5,多数试样Ru = 0.1~0.4;当等压固结Kc =1.0时,砂砾石料最终孔压值均可达到围压;偏压固结Kc ≥1.5后,试样是否达到Ru= ud /? 3c =1.0取决于动应力? d是否大于主应力差（? 1c－? 3c）,即? d是否形成拉应力,使试件伸长,但当Kc很大后,? 1c和? 3c相差太大,需施加非常大的? d才能使其应力应变反向,试样的大变形先于Ru=1.0的应力状态出现,即不可能达到初始液化;固结比Kc对不同土料动孔压的影响是不同的。     

复杂应力条件下掺砾黏土真三轴试验

采用新型真三轴仪器,对掺砾黏土进行了复杂应力条件下加载试验,近似模拟了土石坝填筑期心墙土体单元的加荷过程。试验结果表明,由于土体单元处于复杂应力状态,即使是单向加载这样的简单加荷应力路径,在不同应力方向上的应力和变形也都呈现显著的应力各向异性。土石坝应力变形分析中坝体单元处于三向应力条件下,由于加载引起的应力各向异性对心墙乃至整个坝体的应力变形规律都有较大影响,合理的本构模型应该能够反映并描述这种复杂应力状态下的应力各向异性。     

考虑排水条件和粗料含量的砂砾石土动残余变形特性

采用改进的GDS循环三轴试验系统对5种级配的饱和砂砾土在不排水、单面排水和双面排水条件下进行了动残余变形试验,系统研究粗料含量P5（粒径大于5 mm颗粒质量百分比）和排水条件对饱和砂砾土动残余剪应变和动残余体应变的影响。试验结果表明：动残余剪应变随粗料含量和排水面数的增加而显著降低;循环加载30周产生的不排水动残余剪应变是单面排水条件下动残余剪应变的2～3倍,是双面排水条件下的4～9倍。砂砾土的动残余体应变随粗料含量增大而减小,随着排水面数的增加而增大;双面排水动残余体应变是单面排水动残余体应变的2.0～2.5倍。