循环荷载下重载铁路道砟磨耗破碎及力学特性试验研究

为深入研究重载列车循环动载作用下散粒体道砟的颗粒磨耗破碎和力学行为劣化等特征,开展3种不同动应力幅值下的室内大型动三轴试验。通过对染色道砟颗粒进行激光扫描和三维重构,量化分析不同循环加载应力状态下不同粒径道砟颗粒的磨耗破碎特征,深入分析循环加载下试样的宏观力学特性和力学行为劣化等。研究结果表明,循环加载后道砟颗粒普遍从原始粒径破碎至相邻粒径,偶尔出现破碎至相隔粒径的现象,另有质量占比1%左右的少量道砟颗粒破碎至最小粒径4.75～22.4 mm;在相同的循环加载动应力幅值下,随粒径的增大,道砟颗粒破碎至相邻粒径的质量占比总体呈增大趋势;循环加载过程中颗粒磨耗存在尖角磨损、棱边磨耗与表面纹理改变等3种典型类型,动应力幅值230 kPa下颗粒最大磨耗深度为0.36～5.2 mm,平均磨耗深度为0.03～0.62 mm,颗粒磨耗程度随粒径的增大而逐渐加剧,尖角磨损出现的数量更多且概率更大,其次为棱边磨耗;循环加载三轴试验前后各粒组颗粒含量变化幅度与级配曲线偏移距离随动应力幅值的增大而增大,Bg、Br与BBI 3种颗粒破碎指标均随动应力幅值的增大而增大,Br与BBI两者对动应力幅值的变化反应程度...     

中俄铁路碎石道砟加工指标技术标准的对比研究

为了更深入了解俄罗斯铁路碎石道砟加工指标特点,对比分析中国和俄罗斯铁路在道砟颗粒形状与清洁度、粒径级配、指标试验方法等方面的异同点,得出以下结论:(1)中俄标准对道砟颗粒形状定义不同,如对针片状颗粒看法不同,俄罗斯标准中有长粒概念等;(2)中俄道砟标准的制定理念存在差异,俄罗斯标准未定义渗水性能、抗压碎性能等与材质相关的性能指标,而是通过增设道砟加工指标来保障道砟的良好渗水性和抗压碎性;(3)由于气候等因素,与我国同等级道砟相比,俄罗斯各类道砟粒径级配普遍较大。     

捣固作业对道砟破碎伤损影响规律的试验研究

通过原位捣固试验研究了捣固次数对道砟破碎的影响规律,并对道砟颗粒的典型破碎形式进行了分析.结果表明:捣固作业会引起道砟颗粒发生明显的破碎伤损,进而导致道砟整体级配发生显著变化,应在有砟道床的养护维修中予以重点关注.捣固作业最容易引起56～63 mm粒径的道砟颗粒发生破碎.对于运营期道床,捣固作业导致的道砟颗粒破碎会使2...     

不同细粒含量高压密级配碎石力学特性研究

为了探讨细粒含量对级配碎石力学特性的影响,开展细粒含量分别为0％,5％,10％和20％的高压密级配碎石在不同含水状态下的固结不排水三轴试验.研究不同细粒含量级配碎石的应力应变和孔压特性,分析不同细粒含量级配碎石结构特征对强度的影响.研究结果表明:随着细粒含量增加,级配碎石的最大干密度、内摩擦角和峰值强度均呈现先增大后减小的变化规律,在细粒含量为10％左右时达到最大;细粒含量不同级配碎石的强度特性是由其结构特征决定的,细粒含量10％附近试样的土体结构为骨架密实型,最大干密度达2.37 g/cm3,强度特性明显优于其他细粒含量试样;含水率提高时,级配碎石强度变化取决于水的软化削弱和负孔压增强的综合作用.研究成果为高速铁路基床表层填料的选取提供了参考依据.     

单一粒径组碎石道砟颗粒破碎规律试验研究

道砟颗粒破碎会影响路基的力学行为和服役性能。为定量分析颗粒形状、粒径、冲击荷载三者对碎石颗粒破碎的影响，选用单一粒径组安山岩碎石道砟颗粒，进行颗粒破碎试验研究。研究结果表明：颗粒破碎比B_g可用于定量分析道砟的颗粒破碎规律；道砟形状是控制其破碎的主要因素，片状颗粒和针状颗粒在试验中的平均质量损失率高达40%;而块状颗粒的破碎主要以磨损为主，质量损失率低于4%;颗粒破碎指标B_g和冲击荷载能量存在良好的线性关系；颗粒破碎过程可以划分为空间调整、接触破碎及平衡稳定三个阶段。     

基于X-CT扫描成像技术的级配碎石冻结状态细观研究

以高速铁路基床表层级配碎石为研究对象,基于X-CT扫描成像技术进行级配碎石冻结状态细观研究。利用X-CT扫描技术结合图像处理技术重构冻结状态下的三维级配碎石试样模型。通过断层扫描图像的灰度识别技术,辨识出级配碎石中不同组分的灰度范围,进而获取级配碎石颗粒、冰晶和孔隙的分布特征。不同饱水度和细颗粒含量级配碎石冻结状态的X-CT扫描分析结果表明:冰晶主要聚集在试样的孔隙和粗、细颗粒交界处;冰晶含量随饱水度增加而增加,孔隙率随细颗粒含量的增加而减少;级配碎石冻胀有别于传统细粒土冻胀,主要在细颗粒聚集区发生水分微迁移,推动粗颗粒旋转、错动,使其偏离原来的位置,引发冻胀。     

循环荷载下级配碎石填料累积塑性应变及破坏规律研究

级配碎石作为重载铁路路基基床的核心填料,在大轴重列车循环荷载作用下的动力稳定性对于整个路基结构的服役性能至关重要。为探究循环荷载作用下级配碎石填料的累积塑性应变演变特征及破坏规律,以不同细粒含量的级配碎石为研究对象,开展一系列不同应力水平下的大型动三轴试验。试验揭示了细粒含量、围压、动应力幅值对该填料累积塑性应变及临界动应力的影响机制,并基于试验结果,提出不同深度级配碎石填料考虑细颗粒含量参数的临界动应力计算公式,明确了式中各参数的物理意义。研究成果有助于预测重载列车动力荷载作用下基床土体的变形,并对评价既有线路开行大轴重列车的适用性提供参考。     

中美铁路道砟试验的比较研究

中美两国规范将道砟分为面砟和底砟,其中中国面砟需检测7项性能16个物理参数,底砟需检测4项性能6个参数;美国面砟需检测5项性能7个参数,底砟需检测5项性能8个参数。通过比较两国铁路道砟的试验规范,得出以下结论:(1)中国规范对于底砟给出了固定的颗粒级配范围,方便了施工选材;美国规范中底砟的颗粒级配与面砟及路基填料的颗粒级配有关,更合理地体现了底砟的过渡作用;(2)中国规范固定了试样的颗粒范围及数量,简化了试验操作但使得结果不能反映全部道砟的性能;美国规范中道砟的性能参数多通过试样的颗粒级配百分率计权求得,结果能全面反映道砟性能且适应于任何粒径的道砟;(3)中国规范缺少试验数据偏差的内容;美国规范对试验的重复性偏差及复现性偏差均有详细要求。     

级配对粗颗粒硫酸盐渍土溶陷特性的影响

研究目的:随着高速铁路在盐渍土地区的不断发展,盐渍土的溶陷特性导致的高铁路基沉降问题越来越突出。为解决高速铁路在盐渍土地区由溶陷特性导致的路基沉降问题,本文将级配类型作为粗颗粒盐渍土溶陷特性的主要影响因素进行精细化分析,探究级配类型对粗颗粒硫酸盐渍土溶陷特性的影响。研究结论:(1)在硫酸钠含量相同的情况下,级配类型中粗颗粒的占比增大时,粗颗粒的骨架作用会抑制溶陷的发生,溶陷量会随之减小,在0.1%的低硫酸钠含量情况下抑制作用最明显,粗颗粒级配比细颗粒级配的溶陷系数减少了68.57%;(2)粗颗粒盐渍土的溶陷量随着硫酸钠含量的增加而增大,硫酸钠含量每增加1%,五种典型级配的溶陷系数平均增加0.01;(3)随着硫酸钠含量的增大,硫酸钠对粗颗粒盐渍土溶陷特性的影响程度减小;(4)本研究成果可为粗颗粒盐渍土地区高速铁路地基处置及路基设计提供依据和参考。     

多边形道砟颗粒堆积和压缩特性的DDA数值模拟研究

非连续变形分析方法(DDA)能方便地模拟多边形颗粒的接触和变形。本文提出多边形道砟颗粒的生成方法,并使用DDA方法分析道砟的自然堆积和单轴压缩过程。研究结果表明:道砟自然堆积休止角同时受到道砟颗粒表面摩擦角、颗粒咬合作用、颗粒和底板摩擦角的影响;DDA方法能够成功反演室内单轴压缩试验,是研究道砟压缩特性的有效手段;由于道砟颗粒较硬,松散道砟堆积体的单轴压缩过程即在塑性阶段后还存在一个弹性硬化阶段,在这两个阶段的转折点上"弹性硬化应力"可以看作是道砟的"先期固结压力"。     

无砟轨道结构抬升用高聚物注浆材料剪切黏结性能研究

为了研究高聚物注浆抬升后无砟轨道结构的稳定性,通过无砟轨道结构实尺模型抬升试验,揭示了高聚物注浆材料的扩展形态及固结体的密度分布规律,并模拟高聚物注浆材料与支承层混凝土的黏结,研究了高聚物注浆材料固结体的剪切黏结性能及压缩性能。结果表明,高聚物注浆材料在无砟轨道下方呈椭圆形扩展,与支承层混凝土形成良好黏结,距抬升孔越近固结体密度越高;随着固结体密度的增加,固结体的压缩强度及剪切黏结强度均逐渐增加,固结体的弹性模量和剪切黏结模量略有增大;固结体的压缩和剪切黏结强度明显高于级配碎石,但弹性模量和剪切黏结模量与级配碎石相当,这确保了服役中高聚物注浆材料固结体能够与级配碎石同步变形、协同受力,保证了抬升后无砟轨道结构的稳定性。     

煤矸石路基填料强度与变形特性研究

煤矸石作为高速公路路基填料已得到广泛应用,但对煤矸石的研究远落后于工程实践.根据Talbot推广的级配控制方程,采用人工级配的方法,通过大型三轴试验研究煤矸石路基填料在不同围压、不同级配和不同压实度下的强度及变形特性.试验结果表明:煤矸石路基填料的轴向应变均随轴向应力的增加而增加,应力-应变曲线无明显峰值,属于应变硬化型;当围压不变时,随着A值即粗颗粒含量的增加,相同轴向应变下的轴向应力呈先增后减的趋势变化;压实度达93％以后,继续提高压实度对试样强度增长作用效果不明显;煤矸石应力-应变曲线可以用邓肯-张双曲线本构模型拟合,并获得了双曲线本构模型的具体参数.     

高速铁路改良粗颗粒填料冻胀特性试验研究

针对寒区高速铁路出现的路基冻胀问题,为改良其渗透性和冻胀特性,从路基的粗颗粒填料入手,加入无机材料进行试验,并以冻胀率不超过0.1%为标准,研究粗颗粒填料级配碎石的改良材料类型、最佳配比等技术参数。结果表明:相对于石灰和粉煤灰,掺入水泥可以大幅度减小级配碎石的渗透系数和冻胀率,从而减少水分向填料内部的渗透以及抑制填料的冻胀;在开放补水的冻胀试验条件下,在分别掺入15%,20%和25%粉土的级配碎石中对应掺入3%,5%和5%的水泥,可将冻胀率控制在0.1%以内,说明在粗颗粒填料中掺入水泥后,适当增加粉土的含量并不会使填料产生过大的冻胀变形,从而解决寒区高速铁路路基的冻胀变形问题。     

寒区铁路含冰率对碎石集料强度及变形特性影响试验研究

在寒区冰冻条件下,道砟间的冻结现象将加剧冻结道床与轨枕、路基相互作用的复杂性,给冬季有砟轨道的安全运行带来较大挑战.为探究寒区有砟轨道中冻结道床的强度和变形特性,制备不同含冰率下碎石集料试样并进行室内低温单轴压缩试验,讨论含冰率对冻结试样应力应变曲线、强度及变形特性的影响.为表征冻结试样峰后脆性特征,定义强度衰减系数,...     

客运专线基床底层砾石土填料物理力学性质试验研究

对取自武汉—广州客运专线路基基床底层的砾石土填料开展颗粒分析、相对密度、多种击实、大型剪切/压缩/渗透等粗粒土特种土工试验。得到以下结论:(1)粗细颗粒含量适当的无黏性砾石土填料,较易形成密实骨架结构,从而获得优良力学性能,并表现出较好的可压实性;(2)良好级配的砾石土填料,对应规范要求孔隙率的压实系数偏低,采用压实系数作为控制指标更为严格、可靠;(3)运用构建的"模量折减率法"和"卸载回弹率法"分析发现,压实系数0.90和0.95分别对应骨架疏松和密实土体结构状态,并在强度、变形和渗透性能等方面差异明显。     

细粒含量对粉砂固结压缩特性影响的试验研究

研究目的:基于细粒含量对不同状态客专粉砂地基固结压缩特性影响研究的不足,依托新建通辽至京沈高铁新民北站铁路工程,对处于松散、中密和密实状态的粉砂分别掺配5%、15%、30%和40%的细粒含量,开展不同细粒含量对粉砂固结压缩特性影响的T90试验研究,揭示不同细粒含量对不同状态粉砂土体的孔隙比、固结系数、压缩模量、固结压缩历程的影响规律,以及应力-应变关系发生、发展规律。研究结论:(1)随着细粒含量的增加,松散粉砂的孔隙比和固结系数逐渐减小,而压缩模量随之增加,在达到FC15后,变化速度较为显著;中密和密实状态粉砂的孔隙比和固结系数发展规律存在较明显的转折点,即起初阶段是逐渐变小的,但当达到FC30后,其随细粒含量增加而增大,而压缩模量则持续地降低;(2)利用对数函数和双曲线函数分别对不同细粒含量不同状态粉砂的变形随时间发展规律及应力-应变关系进行拟合分析,得到了较为可靠的统一表达式;(3)运用计算机模型试验进一步验证了细粒含量对客专粉砂固结压缩特性的影响规律的真实性与可靠性;(4)本研究成果可应用于类似客专路基工程粉砂地基处理的设计与施工。     

高速铁路路基基床表层低细颗粒含量级配碎石冻胀机理研究

在我国寒冷地区,高速铁路路基的防冻胀结构设计,是需要重点考虑的问题。在高速铁路路基的设计施工中,采取了控制细颗粒含量、设置隔水层、加强排水等一系列防冻胀措施,但铁路路基冻胀病害仍时有发生。为了掌握高速铁路路基基床表层冻胀病害特点及原因,对低细颗粒含量的级配碎石填料进行了试验研究。结果表明:随着细颗粒含量的增加,级配碎石的冻胀敏感性增加,冻胀量增大;且细颗粒含量越大,外界水分对路基填料土体的冻胀影响越大;土体的渗透系数越大,其抗冻能力越强,当渗透系数大于10~(-3)时,土体的冻胀系数小于1;通过对低细颗粒含量级配碎石冻胀机理的分析,得出粗颗粒骨架接触部位的水及粘粒颗粒是引起低细颗粒含量级配碎石冻胀的主要原因。     

中俄铁路碎石道砟物理性能指标技术标准的对比研究

根据中俄铁路碎石道砟标准,对道砟物理性能指标及试验进行对比研究,得出如下主要结论:(1)中俄两国铁路线路条件、气候及道砟资源存在差异,故制定指标的侧重点不同;(2)中俄两国对集料冲击韧度试验的计算指标不同,俄罗斯标准对颗粒粉碎状况的反映不如我国试验精确、全面;(3)中俄两国道砟试验所用筛网尺寸、形状均有差异,我国试验仅采用方孔筛,俄罗斯试验兼用方孔筛和圆孔筛,这些差异会影响试验结果;(4)俄罗斯道砟试验所用样品与建设所用道砟针片状指数相同,我国标准将试样针片状指数控制在5%以内,以便对比母材差异;(5)我国硫酸钠溶液浸泡损失率试验的循环次数与当前试验循环样本浸泡质量损失率无关,俄罗斯试验最终循环次数与当前试验循环的样本质量损失率相关;(6)俄罗斯标准对道砟电导率、天然放射性核素比活度、玄武岩集料冲击韧度试验后,经煮沸处理的样本质量损失率等有特殊要求。     

道砟压实质量与颗粒运动关联特征及内在机制研究

级配较为均匀的道砟其捣固(压实)质量对铁路有砟道床的服役性能起着至关重要的作用.然而,目前尚无统一的标准或规范可用于指导和控制道砟捣固(压实)参数选择,传统的路基填料压实也未能考虑散体颗粒的自组织行为和细观运动特征等.基于正交设计方案开展缩放道砟级配的室内旋转压实试验,在试样的不同位置预置了新型智能颗粒传感器用于监测旋转压实过程中颗粒的运动参数,揭示道砟压实质量与颗粒运动参数的关联特征,从颗粒细观运动角度探究压实机理,提出考虑颗粒细观运动特征的压实度控制新指标.研究结果表明:智能颗粒传感器可用于测量旋转压实过程中粗颗粒的细观运动参数;3个方向的相对旋转模式与旋转压实过程中试样干密度和高度的变化直接相关,据此可将压实过程分为初始压实、旋转压密和稳定压密等3个阶段;试样上部位置处智能颗粒传感器的相对转角可作为新的压实度控制指标.研究成果有望为铁路道砟的室内外压实技术选取和压实质量控制提供技术参考和指导.     

直剪条件下碎石集料力学特性研究

针对3种不同粒径的碎石集料进行垂直压力分别为50kPa、100kPa、150kPa以及200kPa的室内大型直剪试验,分析直剪条件下碎石材料的力学性能,同时利用离散元软件PFC3D建立碎石材料直剪试验的颗粒流模型;通过对比室内试验结果,对模型的细观参数进行标定。在此基础上,分析直剪过程中碎石之间的作用力及位移的演变。结果表明:随着垂直压力的增加,碎石集料的抗剪强度也在不断增加,其抗剪强度包络线可表述为幂函数型式;所选取各级垂直压力作用下,垂直压力越小,剪胀越明显;在选定的碎石粒径范围内,相同垂直压力下的集料抗剪强度以及压缩量随着粒径的增加而增加,而表征摩擦角则减小;直剪过程中碎石材料的体应变体现出不均匀性。