高速铁路无砟轨道膨胀土地基膨胀量计算模型

高铁无砟轨道对膨胀变形值要求极为严格,地基的胀缩变形不仅对行车安全性和舒适性产生威胁,而且严重影响高速铁路线路的服役状态和使用寿命。膨胀土地基均为原状膨胀土,为研究原状膨胀土的膨胀规律,以兰新铁路第二双线一处典型原状膨胀土为对象,对3种不同厚度的膨胀土分别进行不同上覆荷载和不同含水率下的膨胀变形试验。研究结果表明:膨胀土的厚度越大,其膨胀量越大;上覆荷载对膨胀量起抑制作用,荷载越大膨胀量越小,荷载越小膨胀量越大;土样的膨胀量随含水率的增加可分为缓慢增长阶段、急速增长阶段和缓慢增长阶段;在厚度一定时,建立含水率增量与上覆荷载耦合情况下原状膨胀土膨胀量计算模型,再依据不同厚度对公式参数进行拟合。建立含水率、上覆荷载和厚度3因素耦合作用下原状膨胀土膨胀量计算模型,模型计算结果与实测数据吻合较好,为今后膨胀土地区高速铁路的修建提供一定的理论支撑。     

荷载条件下原状膨胀土浸水膨胀变形试验研究

以兰新铁路第二双线一处典型原状膨胀土为研究对象,进行厚度为2 cm的原状膨胀土在不同荷载条件下的分级浸水膨胀变形试验,以研究含水率和上覆荷载对原状膨胀土膨胀量的影响。试验结果表明:原状膨胀土的膨胀时程曲线呈阶梯型增长,且在某一含水率下的膨胀量随时间变化呈现出直线剧烈膨胀阶段、外凸弧线减速阶段和直线缓慢膨胀阶段;上覆荷载对膨胀量起抑制作用,上覆荷载越大,膨胀土的膨胀量越小,上覆荷载越小,膨胀土的膨胀量越大,且膨胀土最终达到膨胀稳定时的饱和含水率随上覆荷载的增大在逐渐减小;在上覆荷载一定的情况下,含水率和原状膨胀土的膨胀量呈良好的对数关系,再依据不同上覆荷载对公式参数进行拟合,建立了含水率和上覆荷载耦合作用下原状膨胀土膨胀量计算模型,模型计算结果与实测数据吻合较好。     

上覆荷载和厚度对原状膨胀土膨胀量的影响分析

以兰新高铁一处典型原状膨胀土为对象,通过对膨胀土进行初始含水率为6%,厚度分别为2、4、6 cm及0、10、20、30、40、50 kPa不同上覆荷载下膨胀量试验,以研究厚度和上覆荷载对原状膨胀土膨胀量的影响。试验结果表明:随着上覆荷载的增大,膨胀量逐渐减小,因而膨胀土地基的膨胀变形主要发生在浅层膨胀土;原状土膨胀量随着厚度的增加而增加,且为非线性关系;对试验结果进行拟合,得到膨胀量随上覆荷载及厚度变化关系拟合关系式,为今后膨胀土地区工程建设提供理论支撑。     

无砟轨道膨胀土地基的泥岩膨胀变形试验

现有铁路规范中判定为无膨胀性的低黏土矿物含量泥岩仍具有膨胀性,其膨胀对变形精度要求极高的无砟轨道高速铁路具有潜在的破坏作用。以出现上拱病害的兰新二线无砟轨道地基中的低黏土矿物含量泥岩为研究对象,进行不同土样厚度和不同含水率条件下原状土和重塑土的无荷膨胀量的对比实验。研究结果表明:膨胀土的吸水膨胀过程可以分为3个阶段:吸水加速膨胀阶段,缓慢膨胀阶段,最后稳定阶段;在相同条件下,重塑土的膨胀量大于原状土的膨胀量;与重塑土相比,原状土的吸水膨胀速度较慢;土样厚度成比例增加时,最终膨胀量并不成比例增加,并且根据实验结果拟合出了在含水率和土样厚度耦合作用下的原状土和重塑土的膨胀量比值公式。     

膨胀土的膨胀力及吸水过程的试验研究

基于晶格扩张理论和双电层理论,诠释了膨胀土膨胀力形成机理,分析膨胀力的性质并重新定义了膨胀土膨胀力。采用连续吸水膨胀力试验仪器对呈贡、成都膨胀土的膨胀力进行试验研究。试验结果表明:随着膨胀土的吸水量增加,不同初始含水率的膨胀土膨胀力随吸水量增加而线性增加,在一定临界吸水量之后急剧增加;且初始含水率越低,膨胀力急剧增长时所需的临界吸水量越大。     

掺碎石改良宽度对膨胀土侧向膨胀力影响研究

为研究掺碎石膨胀土作为挡土墙填料时的改良宽度对挡土墙稳定性的影响,通过自制模型箱模拟刚性挡土墙,以广西南宁三塘地区膨胀土为填料,以碎石为改良材料,分别探究体积含水率和侧向膨胀力在不同填料改良宽度时的变化规律.研究结果表明:纯膨胀土渗透性很差,水分难以入渗而汇集在墙顶产生额外压力影响挡墙稳定性,在经掺碎石改良后随着掺碎石宽度越宽,水入渗越快;膨胀土在浸水和膨胀变形受限的情况下会产生侧向膨胀力,其变化与体积含水率呈正相关,但存在一定滞后现象,随着掺碎石改良宽度越宽,体积含水率和侧向膨胀力的变化越快,滞后时间越短;掺碎石改良膨胀土能有效削弱膨胀土侧向膨胀力,随着掺碎石改良宽度越大,膨胀土侧向膨胀力的降低效果越显著.     

高速铁路泥岩地基膨胀特性试验研究

以兰新高铁一处典型膨胀泥岩路段为研究对象,在此现场取样,室内自制试验箱进行厚度分别为20,40和60cm的泥岩地基膨胀模型试验研究。研究结果表明:随着注水量和时间的增加,地基膨胀量整体呈外凸弧线增长;含水率小的地基膨胀潜势大,地基易膨胀,含水率大的地基反之;不同深度处的泥岩膨胀量不同,随着深度的增加,膨胀量逐渐减小;不同厚度地基含水率与膨胀量均呈良好指数关系;对地基膨胀量与含水率及地基厚度耦合作用下的计算模型进行探讨,计算模型所得膨胀量与实际室内试验量测数据拟合良好。研究成果可为膨胀泥岩地区高速铁路修建提供参考依据,对该地区同类工程建设具有借鉴意义。     

平顶山膨胀土工程性质试验研究

通过试验获得了河南省平顶山膨胀土原状土样的线缩率、膨胀率和膨胀力等性能参数;对重塑土样进行了不同压力、含水量和干密度条件下的膨胀率试验,膨胀力、渗透系数试验,及反映抗剪强度的黏聚力和内摩擦角试验,为研究平顶山膨胀土的变形和稳定性提供了基础资料。用粉煤灰对平顶山膨胀土进行改性处理,通过室内试验研究了不同掺量情况下土样的工程性质,结果表明:在处理到最佳状态时,改良土样仍具有弱膨胀性。     

无砟轨道膨胀土地基的吸水特性试验研究

以出现上拱病害的兰新二线无砟轨道地基中的重塑泥岩为研究对象,在室内进行不同土样厚度和不同含水率条件下的重塑泥岩无荷膨胀试验。结果表明:重塑泥岩的吸水膨胀过程可以分为加速膨胀、缓慢膨胀、趋于稳定3个阶段,土样厚度成比例增大时,最终膨胀量并不成比例增大。据试验结果拟合出了土样厚度和含水率耦合作用下重塑泥岩极限膨胀量计算公式。经同等条件下平行试验检验,该膨胀量计算公式具有良好的适用性。     

南宁膨胀土膨胀变形规律的试验与应用研究

通过不同初始干密度、初始含水率在不同垂直压力下的膨胀变形试验,研究南宁膨胀土的膨胀量与初始干密度、初始含水率以及垂直压力的相关关系。研究结果表明,膨胀量随初始干密度的增大而增加,随初始含水率和垂直压力的增加而减小;通过回归分析发现,膨胀率与初始干密度和初始含水率成线性关系,而与垂直压力成半对数线性关系。在此基础上,建立了南宁膨胀土膨胀率的三元回归方程,并通过某大型模型试验验证了该方程的正确性与实用性。本文所建立膨胀率三元回归方程为简便而准确地预测和估算膨胀土地基的膨胀潜势和差异隆起提供了依据。     

南水北调禹州段压实膨胀土膨胀性试验研究

以南水北调中线禹州段压实膨胀土为研究对象,通过对压实膨胀土样在不同初始状态下的含水率、干密度和竖向荷载的研究,并用多元线性回归的分析方法,提出了压实膨胀土的膨胀变形随初始含水率、干密度、竖向荷载这三个因素的变化规律,同时获得膨胀力随初始含水率和干密度这两个因素的变化规律。本文总结出压实膨胀土的膨胀变形和膨胀力的计算公式,并对计算公式进行了试验验证,证实了计算公式的正确性。试验结果表明,在实际工程中可以通过少量的试验得到计算公式的参数,并用文中提出的计算公式直接计算出膨胀量和膨胀力的值,以预测膨胀土体对工程可能产生的潜在危害。     

加筋膨胀土挡墙模型试验研究

通过模型试验,以土工格栅为筋材,以中等膨胀土为填料,考虑含水量和密实度对膨胀土工程性质的影响,采用对比试验的方法研究含水率和密实度对挡墙承载力、变形的影响。实验结果表明,在最佳含水量填筑条件下,采用加筋能提高膨胀土的承载力,减小累积侧向变形和累积沉降,并随着密实度的提高效果更显著;在浸水饱和条件下,加筋能够约束膨胀土的膨胀量,但密实度对膨胀土承载力影响不大。     

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。     

砾类土动弹性模量和阻尼比的影响因素试验研究

含水率、围压、压实度、初始静偏应力和循环荷载作用频率是影响动弹性模量和阻尼比的重要因素,通过动三轴试验分析这些因素对砾类土动弹性模量和阻尼比的影响并得出了相关规律,围压和压实度越大,含水率越接近最佳含水率,动弹性模量越大,阻尼比越小。0~10 kPa范围的初始静偏应力对砾类土的动弹性模量和阻尼比影响较小。循环荷载作用频率在1~2 Hz变化时,砾类土的动弹性模量和阻尼比也变化较小。给出了砾类土的动弹性模量幂函数模型参数,得出不同条件时模型参数的变化规律。     

增湿条件下膨胀土边坡稳定性影响因素有限元分析

为研究雨季土体增重、强度降低及膨胀作用这三项影响膨胀土边坡稳定性作用因素的主次关系,基于热膨胀比拟增湿膨胀原理,考虑水平、竖向间的差异膨胀性,推导土体增湿膨胀的应力-应变方程,利用无荷膨胀率试验有限元模型进行参数验证;针对某铁路膨胀土边坡,建立ABAQUS有限元强度折减模型,采用正交试验极差分析法,研究含水率变化条件下边坡稳定性影响因素的作用效应及敏感性。研究表明:当初始含水率较低时,土体强度降低对边坡稳定性的影响最为显著,膨胀作用次之,土体增重影响相对较小,随土体初始含水率增大,膨胀作用、土体增重的影响减弱;土体初始含水率较低时,考虑土体水平、竖向间差异膨胀性计算得到的稳定安全系数较传统的各向同性膨胀假设结果低0.11~0.13,随含水率的升高,差异膨胀性的影响减小。     

中-强膨胀土竖向膨胀力原位试验

利用平衡加压法在云桂高速铁路典型中-强膨胀土路段进行竖向膨胀力原位试验,研究竖向膨胀力随时间、含水率增量、卸荷回弹量的变化规律,并对试验过程中试验体周边地表的变形进行了监测。结果表明:竖向膨胀力随时间的变化规律与膨胀土中渗水通道的畅通情况密切相关;竖向膨胀力随含水率增量的变化规律可分为4个阶段,即初始线性增长阶段→过渡阶段→二次线性增长阶段→稳定阶段;卸荷时,膨胀土竖向回弹变形增加,竖向膨胀力不断减小,二者呈线性或二次曲线性变化;试体周边地表的隆起规律与竖向膨胀力随含水率增量的变化规律相一致。     

基于吸湿含水率判别膨胀土的研究

研究目的：如何划分膨胀土和非膨胀土，目前国内尚无统一的指标和方法，针对不同地区和不同膨胀等级的膨胀土，采用和自由膨胀率试验相同的烘干试样进行吸湿含水率研究，给出相应的试验方法。提出用烘干土吸湿含水率反映土的膨胀特性，克服自由膨胀率试验结果离散大的缺点，探寻判定膨胀土和非膨胀土的界限值。 研究结论：给出用烘干土测试吸湿含水率的试验方法；试验方法操作过程简单，有利于工程勘察过程中大量开展。试验结果表明吸湿含水率与蒙脱石含量、阳离子交换量有良好的线性关系，与自由膨胀率亦有较好的线性关系，可以作为膨胀土判定的研究方向，对膨胀潜势的判定也有很好的研究价值。     

张呼客运专线沿线膨胀岩土特性研究与探讨

简要介绍了张呼客运专线沿线不同时代膨胀岩土的特征。通过对比分析膨胀岩土试验数据,得出了采用比照膨胀土试验方法判定胶结较差的半成岩状膨胀岩偏于安全的结论。半成岩状泥岩、砂岩、砾岩的自由膨胀率主要与细颗粒黏土矿物含量有关,含量越大膨胀性越强。通过线性回归分析,得出半成岩状膨胀岩阳离子交换量与蒙脱石含量呈极高度正相关且线性关系显著的结论。表明膨胀岩膨胀性产生的根本原因与膨胀土相似。数据和结论为类似工程提供参考和借鉴。     

南宁膨胀土变形时程性研究

研究膨胀土变形随时间的变化,通过对2组南宁膨胀土进行室内单向膨胀收缩试验,对膨胀土的线胀率和线缩率的时程性进行了研究。根据初始含水量及干密度不同情况下膨胀土有荷膨胀和收缩变形的时程性研究,得到以下结果：在半对数坐标下,线胀率曲线可分为三个阶段且该曲线与时间呈双曲关系;在双对数坐标下,线缩率和时间几乎呈线性关系。同时,结合回归分析给出本次试验研究的膨胀土的膨胀和收缩随时间变化的变形计算公式,并对得到的膨胀盟收缩曲线进行了拟合,精度很好。结合冬次研究,对膨胀土的变形机理从微观的角度进行分析并对不同压力及初始含水率对膨胀、收缩变形特征的影响进行了阐述。研究结果为分析膨胀土变形的时程特性提供了可靠的技术依据。     

含水率对古土壤隧道围岩膨胀性的影响

早胜3号隧道是银西(银川—西安)铁路控制性工程,隧道洞身穿越的第三系古土壤具有膨胀性,其变形影响到施工期围岩稳定及运营期结构安全。本文对古土壤物理力学性能、矿物成分与微观组构进行了测试,开展了不同含水率下原状、重塑古土壤试验,并应用GTS/NS有限元软件分析不同含水率下隧道围岩的力学特性及变形规律。结果表明:原状古土壤含水率低于19%时膨胀力变化较大,随含水率增大膨胀力近于完全释放;重塑古土壤膨胀力对含水率变化的敏感程度减弱,但重塑扰动使得相同含水率重塑古土壤的膨胀力远高于原状古土壤;不同含水率下围岩应力分布规律变化较小,拱顶沉降和边墙水平位移变化较大。本文确定了原状、重塑古土壤含水率与膨胀力的关系,对类似工程设计与施工具有指导作用。