饱和红层泥岩填料累积变形特性及安定界限研究

最优含水率下红层泥岩作为高速铁路路基填料的适用性已经在西南地区得到了初步验证,但饱和状态下红层泥岩填料的累积变形特性仍不明确。为此,开展了不同围压及动应力下饱和红层泥岩填料的动三轴试验,讨论了围压和动应力对填料累积变形特性的影响。结果表明：不同动应力幅值下,饱和红层泥岩填料的等效模量随振次增加,先迅速减小后趋于稳定。稳定后填料的等效模量具有应力水平相关性,随围压增大而增大,随动应力比增大而呈指数减小。不同动应力幅值下,填料变形可分为塑性稳定型、塑性蠕变型和增量破坏型3种类型。填料应变随振次增加而不再处于稳定阶段的应力状态定为塑性稳定界限应力状态。动应力进一步增加后,填料应变速率发生突增,对应的应力状态为塑性蠕变界限应力状态;塑性稳定与塑性蠕变界限应力状态对应的动应力比均低于静强度,且随围压增加呈指数衰减的规律。基床表层如用红层泥岩作填料,应考虑降雨的影响,并采取排水和改良措施以提高路基稳定性。     

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。     

高速铁路基床现场循环加载试验研究

详细地掌握高速铁路路基的动态特性与累积变形特性是对其进行合理设计的基础。结合达成线的建设,修建了路基试验段,埋设测试元件,使用新型的ZSS50循环加载设备,对试验段路基进行了现场循环加载试验研究,模拟了不同轴重列车的动力作用,分析了路基的动态特性及沉降规律。测试结果表明：路基的动态指标及工后沉降均满足设计要求,列车轴重对路基的动态特性影响显著;路基面动态响应沿横向的分布是不均匀的,轨下位置最大,轨枕端部位置次之,线路中线处最小,总体上呈马鞍形分布;动态响应随路基深度的增加而逐渐减小,在基床表层范围内衰减较快;ZSS50循环加载设备 可准确模拟不同轴重、不同时速列车对线路的动力作用,且操作简单、坚固耐用,是研究铁路轨道及路基动态特性的理想设备。     

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。     

不同含水状态下基床级配碎石填料变形特性研究

基床级配碎石在外界雨水侵入时含水状态发生改变对其变形特性不利,从而影响行车安全,但目前研究含水率对基床级配碎石变形特性的成果甚少,为进一步揭示不同含水状态下基床级配碎石的变形特性,对不同含水率的级配碎石试样开展了多组大型静动三轴试验。首先,通过静三轴试验探讨了含水率对级配碎石应力-应变关系和强度特性的影响;然后,基于动三轴试验,重点研究了含水率、动应力水平对累积应变随荷载作用次数发展规律的影响;在此基础上,建立了综合考虑含水率、荷载作用次数、动应力水平相互耦合作用的累积应变预测模型。基于含水率为5.0%和7.3%的累积应变试验结果,确定了模型中的待定参数,通过含水率为8.6%的试验结果验证了其正确性和合理性,此模型不仅克服了不同动应力水平下累积应变计算模型的分散性,而且能够直观地体现出含水率对累积应变的影响。     

浅埋红层软岩隧洞围岩变形特征试验研究

红层软岩隧洞围岩变形破坏特征及其治理一直是工程界关心和亟待解决的问题.以某工程试验平硐为基础,利用隧洞围岩收敛变形监控量测及二次应力场测试,获取隧洞围岩动态综合信息,研究浅埋红层软岩隧洞无支护条件下,围岩的收敛变形和应力变化特征.结果显示,浅埋红层软岩隧洞收敛变形和二次应力之间有较好的对应关系,即较高应力对应较大的收敛变形,同时收敛变形和二次应力与埋深有较好的对应关系,且红层软岩在埋深较浅的条件下也具有流变性.在埋深较浅时,隧洞围岩与上覆岩层的接触关系会影响隧洞的应力状态及开挖后的收敛变形特征.     

季节冻土区基床改性填料与保温护坡对路基温度场的影响分析

高速铁路对轨道平顺性具有非常高的要求,在季节冻土区建设的铁路面临着路基冻胀问题,由路基冻胀引起的轨道变形严重影响了高速铁路运行的安全性与舒适性.通过对比其他学者关于路基冻胀的处理与防治方法,提出了采用水泥稳定级配碎石代替普通级配碎石作为基床表层填料,同时在路基边坡铺设保温护坡的方法来防治路基冻胀.根据哈大客运专线季节冻土区的地质及气候条件,采用有限元数值仿真方法分析路基基床表层采用水泥稳定级配碎石和在路基边坡加设保温护坡后对路基温度场的影响.并将分析结果与哈大客运专线的现场实测结果进行了对比,验证了有限元数值仿真结果的可靠性,分析结果表明：在基床表层换填水泥稳定级配碎石,同时在路基边坡铺设3.0 m高、2.5 m宽的保温护坡后可以有效缓解路基的冻胀,与无任何保温措施的普通路基相比,路基中心处的最大冻结深度减小了0.5 m,路肩处的最大冻结深度减小了1.1 m.     

基床系数的室内外测试方法分析与研究

对目前规范中测试基床系数的方法进行了探讨和分析 ,指出其不合理性 ,在此基础上 ,展开对基床系数的室内测试方法的研究 ,最后给出两种较为简单实用的室内测试方法     

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。     

混凝土夯扩桩和土工格室加固铁路基床试验研究

为了考察半干硬性混凝土夯扩桩与土工格室联合作用加固既有线路基基床病害的效果,结合达成铁路k337段成都黏土（膨胀土）基床病害工点的整治,选取了3个测试断面,分别测试了经不同加固方案处理后的轨道平顺性与基床不同高度处在机车荷载作用下的动应力、振动变形和加速度等动力响应。试验表明,3个测试断面的动力作用水平均在合理的范围内,动力学指标均低于相关限值;行车速度对动应力、动位移、加速度都有不同程度的影响。其中,加速度随行车速度的提高而增大最为明显;线路的平顺性与稳定程度对线路及路基结构的动力学（动应力、振动变形、加速度）响应有显著影响。     

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。     

高速铁路硅藻土路基工程现场综合试验研究

以新建杭绍台铁路通过浙江嵊州及新昌硅藻土地区为研究背景,基于单桩静载、边坡降雨、复合地基承载性能、基床原位激振等现场试验,研究了不同桩型加固硅藻土地基的适宜性、降雨条件下硅藻土边坡变形特性和防护措施、硅藻土桩筏复合地基特性以及基床动力特性。结果表明:CFG桩、素混凝土桩及钢筋混凝土桩适用于硅藻土地基加固,而螺杆桩由于存在挤土效应、高压旋喷桩成桩效果较差不适用;干湿循环作用下硅藻土自然边坡易形成网状裂隙导致浅层稳定性不足,拱形骨架对硅藻土边坡有较好的防护效果,而锚杆框架梁由于钻孔施工易导致硅藻土软化,不适用于硅藻土边坡防护;CFG和素混凝土桩复合地基能够满足硅藻土路基变形控制要求,且素混凝土桩筏结构整体性更好;基床结构中设置毛细防排水板具有良好的防排水效果,保证了水份能够及时排出,避免对基床和硅藻土地基不利影响。     

高铁路基动应力数值模拟和现场试验研究

以武广高速铁路无砟轨道路基典型断面现场动测为工程背景,基于FLAC3D软件建立了相邻2个转向架荷载下的无砟轨道路基三维有限差分模型,采用激振力函数模拟列车的动荷载作用.将数值模拟与现场实测结果进行对比,验证了该模型的可行性,并用该模型分析了无砟轨道路基的动应力特性.实测和模拟结果表明:基床表层顶面轨下位置动应力响应比中线处大;动应力响应在基床表层范围内最为强烈且衰减较快;列车荷载速度对动应力影响不显著.     

季节冻土区高铁路基冻胀研究进展及展望

随着我国高速铁路建设的快速发展,穿越广阔季节冻土区的高速铁路越来越多,工程面临的冻胀问题已成为研究和工程人员关注的焦点,并取得了许多研究成果。基于前人研究,总结了我国季节冻土区高速铁路路基冻胀特点和分布规律,探讨了高铁路基粗颗粒填料的冻胀特性及其影响因素,分析了路基在冻融过程中水热变化情况,讨论了现有高铁路基防冻害措施以及其适用性。在此基础上,提出季节冻土区高铁路基冻胀研究面临的主要问题及展望,为季节冻土区高铁路基冻胀及其防治工作研究提供新思路。     

重载铁路路基压实粗颗粒土填料动力破坏规律试验研究

重载铁路常常通过提高货车轴重来达到增加运量的目的,而大轴重货车运行会对路基粗颗粒土填料产生较大的循环动力作用,这容易导致路基塑性变形过大甚至使路基发生破坏,而这些病害均与粗颗粒土填料的动力破坏规律有关。为研究该类填料在动力作用下的破坏规律进行了一系列大型动三轴试验,分析了围压和含水率对填料塑性变形增长的影响,根据塑性变形增长的特点将试样分为了稳定试样和破坏试样,由此得出了临界动应力的表达公式,并探讨了不同轴重下路基破坏的可能性。此外,还分析了围压和含水率对粗颗粒土填料动强度的影响,结果表明,填料静、动强度之间具有很好的相关性,通过归一化处理提出了利用静强度推求相应动强度的公式。     

万州区红层软弱夹层蠕变试验研究

在万州侏罗纪红层中,连续分布多层产状稳定、厚度较大的软弱夹层,容易成为岩质滑坡的滑动面。万州区近水平滑坡的成因一直存在争议,为了从力学角度阐明万州区滑坡的成因机制,对万州区红层软弱夹层进行了排水蠕变试验,以研究软弱夹层的流变性能。采用Singh-Mitchell模型描述了软弱夹层的蠕变特性,并对模型中的参数进行了探讨,为从力学机制研究万州区近水平滑坡的成因机制提供模型和参数。     

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。