湿化作用下重载铁路改良膨胀土动力响应与累积变形试验研究

以蒙华重载铁路改良膨胀土路基试验段为依托，针对水泥改良土路堤、石灰改良土路堑两种形式路基开展不同轴重、不同干湿状态下现场激振试验，分析动应力、动加速度分布特征及振动累积变形发展规律；通过室内动三轴开展素膨胀土、水泥改良土、石灰改良土分别在4个不同含水率和4种不同应力水平下动力湿化变形试验，研究湿化幅度、动应力幅值对膨胀土及改良土累积应变特性的影响规律。研究结果表明，动应力和动加速在基床底部衰减率可达80%,且路基刚度越大，动应力、加速度沿路基深度衰减越快；同一深度下动力响应浸水状态大于干燥状态，且轴重越大，影响更为显著，湿化作用显著削弱路基对动应力与动加速度的衰减能力，水泥改良土抗浸水能力相对石灰改良土更强；路基面累积变形在浸水后随轴重和振动次数增加而增加，且在相同振次情况下，素膨胀土及其改良土累积应变均在湿化幅度超过2%后急剧增加，且动应力越大，应变增长速率越快，改良土累积变形速度仅为素膨胀土的1/8～1/5,石灰与水泥改良后均可有效抑制膨胀土的湿化变形；基于动三轴试验数据，建立累积应变的预估模型，得出素膨胀土及改良土模型参数与湿化幅度之间的经验关系。     

铁路路基土体湿化性能的试验研究

既有线铁路路基存在大量路肩及边坡冲刷现象,影响路基的稳定性。现场调研路基冲刷情况,分析路基典型冲刷形式及程度;开展室内湿化试验,分析了土体性质和压实度条件下土体的崩解性状,明确了土体性质和压实度对土体抗冲刷能力的影响程度;并在此基础上设计了有扰动湿化试验,通过雨水冲刷试验对其结果进行验证,得出有扰动湿化试验更符合实际的冲刷情况。     

纤维水泥粉砂土耐久性试验研究

宁夏处于季节性冻土区,路用粉砂土填料的耐久性直接关系到路基的稳定性。以宁夏银川市某道路路基填筑的粉砂土为试验对象,分别对粉砂土、纤维粉砂土进行了干湿循环和冻融循环的三轴试验研究,分析了纤维对粉砂土力学参数的影响规律。结果表明,掺加聚丙烯纤维可以改善粉砂土的水稳性和抗冻性,为解决季冻区粉砂土路基路面开裂问题提供了理论参考。     

粉细砂土路用性能试验研究

通过室内颗粒分析试验、压缩试验、剪切试验以及扫描电镜试验,对粉细砂土路用性能进行了研究,分析了粉细砂土难于压实的原因。试验结果分析表明:颗粒磨圆度较好,粒径比较集中,黏粒含量较少,粉砂土压实性能比较差,在路基压实过程中,不易板结。在粉细砂填筑施工时,保证压实度是提高路基强度的重要手段,压实度越高,弹性模量越大,后期压缩沉降量也就越小;在相同干密度条件下,粉细砂土的黏聚力随含水率的增加而增大,粉细砂土的内摩擦角随含水率的增加而呈现减小趋势,粉细砂土试样都不同程度发生了剪胀变形,说明该类填料在水平剪应力作用下极易发生剪切滑移破坏。     

青藏铁路清水河段细粒土用作路基填料问题的探讨

用作冻土区的路基填料，在冻胀敏感性方面有其特殊的要求，为了分析青藏铁路清水河段细粒土是否可用作冻土区路基填料，收集了该区粘性、粘砂土和细粒含量较多的砾砂，分别用两种密实度进行了土的室内物理、力学实验、冻胀实验以及毛细管上升高度和含盐量实验。从变形、稳定和冻胀敏感性方面综合分析实验结果后，提出了该区使用粘性土的局限性及其改良途径。根据试验得出：增加土的压实密度，控制施工中的含水量，采取严格的隔热、隔水措施，对防治或减少路基冻胀可起到较显著的效果。     

纤维水泥粉砂土受力性能试验研究

以宁夏银川市某道路路基填筑的粉砂性土为试验对象,分别对粉砂土、水泥粉砂土、纤维掺量分别为0.1%,0.2%,0.3%的粉砂土和水泥粉砂土进行了三轴试验研究,分析了纤维对粉砂性土力学参数的影响规律。结果表明,掺加聚丙烯纤维能够显著提高粉砂性土的抗剪强度,为解决粉砂土路基路面开裂治理提供了理论参考。     

车辆循环动载下高速铁路路基累积变形预测研究

高速铁路路基在车辆荷载反复作用下不可避免地产生累积变形,影响铁路轨道-路基结构服役性能和车辆运行品质。为探明高铁路基在循环车辆动载下的累积变形空间分布特性和长期发展规律,建立车致路基累积变形预测模型,其主要由2个子模块组成：1)基于多体动力学和有限单元法建立的高速铁路车辆-轨道-路基耦合时变动力学模型;2)基于建立的车辆-轨道-路基动力相互作用模型,引入路基累积变形预测模型,利用循环跳跃的方式预测不同车辆荷载累积次数下路基的累积变形及其空间分布规律。2个模块的交互方面,在每次循环跳跃后,将路基累积变形空间映射至轨道,形成轨面附加几何不平顺,并同步更新迭代系统动力矩阵,建立了车致路基累积变形与系统动力响应之间的关联关系。研究结果表明：本文提出的计算模型可较好地揭示路基土体累积变形在循环车辆动载下的演化规律;采用循环跳跃的方法可更为真实准确地预测路基的累积变形,其计算的路基累积变形最大值为2.606 9 mm,而未采用循环跳跃方法计算出的累积变形最大值则为1.7 mm,低估了34.8%。路基累积变形在前期发展较快,后期由于土体被不断夯实,累积变形的演化呈现减缓趋势,累积变形速率从1次加载0...     

砂土路基力学与变形指标的室内试验研究

通过砂土做道路路基,对其进行了击实、抗剪、压缩模量、CBR值等比较系统的研究,指出了砂土作为路基的填料其剪切强度随着含水量的增加有一个最佳值,压缩模量随着法向应力的增大而增大,CBR值随着压实度的增加,明显增大,但是浸水状态时要降低得多。     

青藏铁路运营期间低温冻土区片石气冷路基工程效果分析

冻土区筑路技术问题的关键是冻土的热稳定性,这种热学问题的力学表现是路基变形。通过对青藏铁路运营期间冻土区典型地段路基地温场和路基变形特征的分析,指出青藏铁路冻土区路基地温场形态控制了长期运营期间的路基变形总量和横向差异变形总量。这些变形主要由冻土季节融化层土体的冻胀融沉变形、冻土压缩变形、冻土长期蠕变变形组成。工程监测以及理论计算证明了片石气冷路基结构保护冻土效果的长期可靠性,证明了其减少运营期路基变形,保证冻土区路基工程的长期稳定性的效果。     

青藏铁路冻土路基路堤、路堑过渡带试验研究

根据青藏铁路北麓河试验段路堤、路堑过渡带近5年来的地温和变形监测资料,分析挖方段、零填段及填方段的冻土上限变化和路基变形特性。研究结果表明:挖方段,2002和2004年的多年冻土人为上限均为1.6 m,相对原天然上限下降量为0.5 m,但在2005年冻土上限有所回升,其变形主要表现为路基换填土层的固结变形;零填段,冻土上限上升量较大,2005年上升量达2.5 m,其变形主要来自活动层的压密变形;填方段,冻土上限有所上升,2005年上升量为0.7 m,其变形主要为天然上限以下冻土层的压缩及蠕变变形;到2005年12月,此过渡带路基均没有发生融沉变形,路基热稳定性好;从总沉降变形量来看,路堤断面变形量最大,零填断面变形量次之,路堑断面变形量最小,2004年11月后,总变形已基本趋于稳定。路基纵向变形比率最大为1.3∶1 000,小于线路设计坡度的3∶1 000,路基纵向沉降变形比较均匀,路面平顺性较好,能满足列车安全行驶的要求。     

砂层隧道列车振动响应与地基累积变形研究

采用动力有限元数值计算方法,对列车荷载作用下狮子洋隧道典型砂层段的动力响应进行计算分析。进一步借鉴路基累积变形计算方法,对列车长期荷载作用下隧道基底砂层累积变形计算方法进行探讨。狮子洋隧道基底砂层段孔隙水压力消散较快,基底土层实际动应力比小于其临界动应力比,隧道基底砂层不会由于列车长期运营而产生局部液化破坏;在列车荷载作用下,隧道衬砌结构中应力、位移均变化不大,隧道结构在列车运营荷载作用下处于安全状态;在列车长期运营荷载作用下,隧道基底砂层累积塑性变形小于25mm,隧道基底地基土累积塑性变形不会对列车长期运营造成破坏性影响。     

车顶用复合外套绝缘子的风沙试验研究

介绍了动车组车顶用复合外套绝缘子材料的模拟抗风沙试验,了解复合外套的伞裙变形、撕裂、磨损及表面憎水性等情况。对绝缘子复合外套材料在风力强劲的高原沙漠环境下的适用性进行了试验研究。根据产品所使用的环境和特点,对高温硫化硅橡胶伞裙外套材料的配方进行了完善与改进;并通过模拟风带动沙尘悬浮形成沙尘的风沙试验;通过试验结果表明,复合外套绝缘材料具有耐磨、抗撕裂等特点,达到所确定的试验内容要求和技术规范要求。     

重载铁路隧道穿越富水砂层综合施工技术研究

重载铁路隧道长段落穿越第三系富水砂层,隧道开挖后,在地下水渗流作用下,富水砂层颗粒随水流失、粉质黏土含水率增大,诱发掌子面砂层、粉质黏土等变形失稳,局部甚至发生涌砂、突泥、突水现象,严重影响施工进度。为此,根据地层性质及成因分析,采用理论与现场试验相结合的动态设计,确保施工安全。设计中采用了对围岩超前预注浆加固封堵地下水、掌子面玻纤锚杆注浆提高核心土的整体稳定性,拱部超前大管棚预支护控制围岩变形,长导管泄水降压降低周边砂层的含水量,施工过程"快挖、快支、快封闭"的原则,从而实现安全开挖,快速通过的处理方案,可为类似工程提供借鉴。     

软土地区路堤荷载作用下砂井(墙)地基固结沉降特性分析研究

从广泛使用的elogP曲线出发 ,按照小变形假设及应力水平和应力路径的研究方法 ,建立可综合考虑土体结构性、非线性、应力历史的增量型本构关系 ;在此基础上建立砂井、砂墙地基在总应力变化非线性变形情况下的固结方程 ,通过按初始条件移动法对其求解 ,建立基于同一深度处平均超孔压相等原则的轴对称砂井地基与平面应变砂墙地基的等效转化公式 ;最后结合一实际工程进行计算分析     

深埋风积沙隧道施工工法及围岩变形特征研究

风积沙作为一种抗剪能力弱、黏聚力低、自稳能力差的土体,隧道开挖时围岩变形难以控制,研究风积沙隧道的围岩变形特征及其适用的施工工法则显得尤为重要。依托蒙华铁路王家湾隧道穿越风积沙段,通过室内试验得到相关参数,采用有限差分法进行数值模拟,对比分析有无水平旋喷桩加固两种工况的围岩变形和塑性区发展,从而得出三台阶法、三台阶临时仰拱法、三台阶七步法、CD法以及双侧壁导坑法5种工法的变形特征和水平旋喷桩的加固效果。研究结果表明,(1)在无水平旋喷桩加固围岩的情况下,双侧壁导坑法最适用于大断面深埋风积沙隧道,但其控制效果仍然不能满足变形要求;(2)采用水平旋喷桩加固后,三台阶加临时仰拱法最适合于大断面深埋风积沙隧道;(3)水平旋喷桩与三台阶加临时仰拱法结合能够有效控制围岩变形;(4)水平旋喷桩能够显著控制上半部分围岩变形大小,并减缓全环围岩变形速率,但对下半部分围岩变形大小控制不明显。     

软弱砂层下的地铁隧道穿越建筑物的加固技术及注浆控制效果分析

地铁隧道在富水软弱砂层下穿越建筑物时,容易引起开挖面涌水突泥、围岩滑塌失稳以及建筑物不均匀沉陷等工程灾害。以青岛地铁枣李区间隧道软弱砂层带下穿建筑物工程为例,提出了全断面超前帷幕注浆、初支背后径向注浆及洞内补偿注浆联合加固技术。通过数值计算考虑注浆膨胀作用,分析了隧道下穿施工过程的地表变形及建筑物稳定性特性。研究表明:隧道在软弱砂层中采用全断面超前帷幕注浆会引起地表隆起现象,双线隧道地表呈现M型隆起变形,后开挖隧道变形值较大;地表建筑物在注浆膨胀作用下表现出正曲率变形,后开挖隧道正上方建筑基础最易发生破坏;穿越富水软弱砂层时不能一味提升注浆压力来提高地层刚度,应与现场监测结合进行施工控制。     

两种生产工艺机制砂掺配对混凝土性能的影响

本文针对湿法制砂得到的水洗砂和干法制砂得到的风吸砂掺配比例问题,分析了水洗砂和风吸砂的差异,研究了不同生产工艺机制砂掺配比例对铁路工程泵送混凝土工作性能、抗压强度、电通量和碳化性能的影响。结果表明:两种机制砂级配和压碎值相近,风吸砂略粗,石粉含量较低,水洗砂较干净,需水量比较低;随着水洗砂掺配比例的提高,混凝土减水剂掺量呈现降低的趋势,混凝土流动性得到改善,采用泵送施工工艺的情况下,推荐机制砂掺配比例水洗砂/风吸砂为7/3;随着水洗砂掺配比例的增加,混凝土抗压强度逐渐增大,电通量呈现降低趋势,抗碳化性能提高,主要原因是水洗砂掺配比例增加,混凝土密实性得到提高。研究工作能够推进机制砂混凝土应用,提高机制砂混凝土质量。     

干湿循环过程导致水泥改良土强度衰减机理的研究

水泥改良土是铁路路基工程中重要的填料。通过试验研究干湿循环过程对水泥改良粉质黏土与粉土强度衰减的影响程度,分析干湿循环过程导致水泥改良土强度衰减的机理,并进行了试验验证。结果表明,土料中黏粒团的干缩湿胀变形是引起干湿循环后改良土强度衰减的主要原因,适当降低改良土料中黏粒的相对含量可以有效提高干湿循环后改良土的强度。对于粉质黏土,采用掺砂方法,可使干湿循环后的水泥改良粉质黏土强度降低率减少50%。前2次干湿循环是导致改良土强度降低的主要过程,第3次干湿循环后,改良土的强度变化将趋于稳定。     

基于动网格的铁路沿线孔板式沙障流固耦合数值模拟

孔板式沙障是新型多孔的阻风沙构筑物,具有很好的阻风沙功效,但孔板式沙障的应用必须考虑其在风荷载作用下的流场特征以及力学特性。对孔板式沙障进行三维流固耦合数值模拟,分析其在固定孔隙率不变的情况下,孔径变化时沙障周围流场特性以及孔隙率不变孔径变化对沙障位移、应力特征的影响,并总结相关规律特征。研究结果和结论:不同孔径沙障在障后均无涡流区仅有大面积减速区,且减速区随孔径减小而增大,减速效果也随之增强;孔径的变化对沙障的受力特征和变形位移分布无影响,仅对其量值有影响;沙障立柱受力最大位置在距柱底(4.5±0.025)cm,且孔径越小其最大值越大;来流首次接触沙障时会产生"冲击效应",其"冲击效应"最大值为沙障变形的最大值即最危险值,孔径越小,其"冲击效应"最大值越大,稳定状态下的位移值也越大。     

兰新铁路思甜至了墩段沙害形成原因分析及防治研究

为解决兰新铁路思甜至了墩段风沙灾害问题,基于现场调研,掌握研究区沿线沙害现状和沙害形成原因,并提出防治措施。沿线风沙危害发生与当地干旱多风的气候条件、铁路沿线松散的路堑边坡、路堑堑顶弃土和路堑内形成弱风区有关。综合考虑工程造价和现场实际情况,研究区铁路防沙设计建议采用固化松散路堑边坡+堑顶弃土构筑挡沙堤+高立式阻沙沙障+大方格阻固沙障相结合的防沙模式,构建立体防沙体系。