路基膨胀诱发无砟轨道上拱的试验及数值计算分析

为探明高速铁路路基膨胀机理及其诱发的钢轨上拱响应规律,对出现上拱病害的工点进行现场分层变形监测,并利用新型粗粒土膨胀仪开展室内试验探究该工点路基泥岩膨胀率与含水率间的相关关系,最终结合DEM-FDM耦合的数值模拟手段,系统分析泥岩路基不同膨胀率下双块式无砟轨道的钢轨上拱位移及轴向应力分布规律.现场分层变形监测结果显示路基层具有一定膨胀潜势,路基泥岩膨胀变形引起了钢轨的上拱位移;室内试验表明取样工点路基泥岩在现场含水率下的膨胀率达到5.455％,路基泥岩膨胀率与含水率间遵循Logistic函数关系;数值模拟计算结果表明钢轨上拱量与泥岩路基膨胀率间服从Logistic分布,钢轨轴向应力改变量与泥岩路基膨胀率服从Nelder分布.     

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。     

基于主成份分析法的高速铁路膨胀土判别研究

以某高速铁路地基中微弱膨胀性泥岩为研究对象,结合无砟轨道高速铁路对变形要求极为严格的特点,用等效蒙脱石含量、阳离子交换量、自由膨胀率和液限4项指标作为模型因子,采用主成份分析法得出针对无砟轨道高速铁路的膨胀土判别式,通过无上拱处泥岩与膨胀力试验进行验证。研究结果表明:该判别式能够准确判别区分出对无砟轨道高速铁路有影响的膨胀土,且不会对更为微弱的膨胀土产生误判,并定量地判断泥岩的膨胀性强弱。可为无砟轨道高速铁路的地基膨胀土判别提供参考。     

基于Fisher分析的高速铁路地基膨胀土判别方法

以一高速铁路工程地基泥岩为研究对象,结合高速铁路工程对地基变形的严格要求以及现场情况,对该地区的泥岩样本的膨胀潜势进行判定。对铁路沿线泥岩样本进行了Fisher判别分析,得出地基膨胀土判别与分类的判别函数。对判别函数进行了验证,判别结果与实际情况吻合良好。研究结果表明:Fisher判别函数对此高速铁路地基膨胀土的判别与分类简单可行,正确率高。     

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。     

襄阳地区膨胀土胀缩变形分析与加固措施设计

襄阳地区广泛分布膨胀土,既有铁路汉丹线多处地段因膨胀土变形造成路基翻浆冒泥、路基鼓胀下陷、边坡开裂失稳等病害。以襄阳地区某在建无砟轨道高速铁路工程为例,研究分析膨胀土地基膨胀变形对不同断面形式路基的工程影响,根据《膨胀土地区建筑技术规范》(GB50112—2013),采用大气影响深度法,在50 k Pa荷载条件下,试验得出有荷膨胀率并预测地基膨胀变形量。对不同挖深、不同断面形式的膨胀土路堑,研究其地基土最大膨胀变形量并有针对性地提出地基加固处理措施;结合地下水发育特征,给出膨胀土地基的防水保湿措施建议。     

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。     

不同浸水方式下泥岩膨胀变形及含水量变化规律研究

实际工程中地基泥岩当有地表水及地下水渗入时,将引起土体膨胀变形。本文以兰新高铁新疆段典型膨胀地段泥岩为研究对象,进行了单向顶部和单向底部不同浸水方式下土体膨胀变形试验,通过在土样不同深度处埋设湿度传感器测定含水量变化情况。试验结果表明:顶部和底部不同浸水方式下土体膨胀变形量随时间变化规律不同,顶部浸水时膨胀变形速度初期快,随后减慢并趋于稳定;底部浸水时膨胀变形初期缓慢,随后加速,后期减慢并趋于稳定。不同浸水方式下泥岩不同深度处含水量时程曲线变化规律相似,本文使用平均渗透系数量化不同深度范围内土体渗透性变化规律,顶部浸水时平均渗透系数随深度增加呈减小趋势;底部浸水时平均渗透系数随深度减小呈减小趋势。研究结果可为实际工程中不同浸水方式下土体膨胀变形和渗透变化分析提供理论支撑。     

高速铁路泥岩地基原位浸水响应特征试验研究

随着我国高速铁路飞速发展,将涌现出大量以弱膨胀性泥岩为地基的高速铁路工程。由于高速铁路无砟轨道对路基变形要求极为严格,而弱膨胀性泥岩地基引起的高速铁路路基上拱研究鲜有报道,通过人工浸水方式在兰新高速铁路的路基上拱地段开展不同上覆荷载下弱膨胀性地基泥岩现场原位浸水试验,分别研究0、15、30、45 kPa 4种上覆荷载下泥岩横向渗透速率及竖向膨胀量。试验研究结果表明:泥岩浸水时横向体积含水率表现为稳定、骤增、减速增长和渗流稳定四个阶段;同一横向位置处,下部土体渗透稳定含水率大于上部土体;膨胀量随浸水量呈"S"型变化,且上覆荷载较大时会出现下沉现象;横向渗透速率随上覆荷载增加而减小,且横向渗透速率与横向渗透距离为非线性关系;提出以横向相对渗透衰减率100%作为控制标准确定高速铁路路基上拱临界荷载的设计思路。     

深层搅拌桩加固高速铁路软土地基的试验研究

高速铁路对路基工后沉降提出了严格要求，文章结合试验工程测试资料，对采用搅拌桩加固地基的变形规律、桩土应力分担、地基沉降计算方法、加固效果等进行了分析，对其加固高速铁路软土地基的适宜性进行了评价。     

高速铁路泥岩地基膨胀变形试验及渗透试验研究

为研究水在不同渗流方向下对高速铁路无砟轨道泥岩地基膨胀性及渗透性的影响规律,以兰新高铁DK1345+200里程为试验点,借助自主研发的测试仪器,进行在不同上覆荷载下膨胀变形及水平、竖向渗流原位试验.结果表明:不同荷载下泥岩膨胀量随注水时间的变化呈"S"形分布;泥岩膨胀受上覆荷载的约束作用,荷载越大,泥岩膨胀受到的约束作...     

压实全风化红层泥岩填料力学特性及其影响因素

将全风化红层泥岩压实后用作高速铁路路基填料可以有效缓解西南地区优质填料缺乏的现状，但前期变形路径对压实全风化红层泥岩填料力学特性的影响规律尚不明确。为此，采用一维膨胀试验、直剪试验及压汞试验，研究前期变形路径对压实全风化红层泥岩填料力学特性的影响规律，并揭示其影响机理。结果表明：压实全风化红层泥岩填料在浸水后的膨胀变形可分为初次膨胀、二次膨胀及变形稳定3个阶段，初始干密度越大、初始含水率越低、竖向荷载越小，膨胀率和二次变形系数越大；初始状态相同时，膨胀-固结路径下压实全风化红层泥岩填料的膨胀率和膨胀力大于固结-膨胀路径下的；前期变形路径对抗剪强度的影响较小，但固结-膨胀路径下填料应力-位移曲线由软化向硬化的过渡较膨胀-固结路径表现出明显的滞后性；固结-膨胀路径下压实全风化红层泥岩填料特征孔径比膨胀-固结路径下的分布密度更低、数量更少。     

高速铁路中低压缩性土路基沉降计算与分析

高速铁路路基沉降计算与分析是路基设计及评估的重要环节。为准确计算高速铁路中低压缩性土路基沉降，从中低压缩性土的工程特性出发，基于考虑时间效应的压缩层厚度计算方法和分层连续加载下地基沉降计算理论，建立更适应于高铁路基荷载特征的高铁中低压缩性土路基沉降计算方法。利用吉珲铁路珲春试验工点得到的地基土物理和力学指标，计算路堤分级堆载条件下，不同埋深处上层硬塑粉质黏土和下层全风化泥质粉砂岩地基的时效变形规律。结果表明，在路基填筑过程中，基底附加应力计算方法获取的基底附加应力与实测值较为吻合。进一步对比理论与现场实测结果发现，截至第700天，地基总沉降的计算误差约2 mm;地基分层沉降的理论值与计算值误差在±5%以内，验证了计算方法的可靠性和准确性；针对考虑时间效应的压缩层厚度计算确定的地基压缩层厚度，其随路基填筑高度呈线性正相关。上述方法不仅为合理选择并优化高速铁路中低压缩性土的地基加固措施及方案提供了关键的技术支撑，也为精确计算和预测工后沉降提供了保障。     

利用红层泥岩填筑高速铁路路基技术的试验研究

研究目的:我国西南、西北、中南及东南等地区广泛分布红层泥岩,开展红层泥岩填筑高速铁路路基技术的研究,提出系统的红层泥岩填料使用方法与工程技术,对我国铁路建设具有重要意义.研究结论:通过室内土工试验、现场路基填筑试验、路基离心模型试验与现场原型路基沉降观测、现场原型路基循环加载试验等方法,系统研究了红层泥岩土填料工程特性、红层泥岩路基压密沉降、累积变形特性等关键技术问题.在此基础上提出了利用红层泥岩填筑高速铁路路基工程技术,主要包括红层泥岩填料制备标准、红层泥岩路基填筑压实标准、红层泥岩路基结构及设计参数、红层泥岩填筑施工工艺及要点等内容.工程实践表明,所提出的红层泥岩填筑高速铁路路基技术是合理、可行的.     

高速铁路中深厚全风化花岗岩地基处理探讨

研究目的:高速铁路穿越深厚全风化花岗岩地段时,由于全风化花岗岩压缩性较大,再加之高速铁路对路基工后沉降的要求极为严格,因此需寻找一种深厚全风化花岗岩地基处理设计的合理方法.本文以工程实例说明了全风化花岗岩天然地基沉降计算的方法,并深入探讨了地基处理设计时应注意的问题.研究结论:室内固结试验测得的全风化花岗岩的压缩指标可信度不高,采用此指标进行地基处理设计时容易造成浪费.采用标准贯人试验获得的压缩指标相对准确,可用于进行地基处理设计,但变形模量与标贯击数之间经验关系的准确性与适用性应结合当地花岗岩特性需要进一步研究.     

高速铁路微膨胀泥岩破碎土非饱和渗透特性研究

非饱和渗透系数是非饱和膨胀泥岩土体渗流分析及水-力耦合研究的基础,对工程建设和工程病害预防具有重要意义。以新疆哈密地区微膨胀泥岩破碎土为例,制备4种不同初始干密度重塑土样,采用压力板法和滤纸法试验测量其土-水特征曲线,采用变水头试验测量土样饱和渗透系数;通过自主研制的土柱渗流试验装置进行恒定体积条件下一维土柱入渗试验,探究湿润锋前进法和瞬态剖面法的适用性,以获得不同初始干密度土体的非饱和渗透性曲线,并结合试验值对Childs和Collis-Geroge (CCG)渗透系数预测模型进行修正。结果表明：新疆哈密微膨胀泥岩破碎土的基质吸力范围为1～10⁵ kPa,渗透系数范围为10^-9～10^-4 cm·s^-1;试验土样初始干密度越大,大孔隙占比越小,阻渗作用越明显;CCG渗透系数预测模型可较好地反映土体渗透性曲线发展趋势,但在量值上随吸力的增加逐渐“远离”土体实测渗透性曲线;修正后的CCG渗透系数预测模型可反映不同初始干密度下土体渗透性曲线的发展规律。     

CFG桩控制深厚层软土地基沉降的试验研究

高速铁路对路基的工后沉降提出了严格的要求．据研究，路基在列车荷载作用下和路基本体在自重作用下产生的工后沉降是有限的，地基引起的工后沉降决定了路基工后沉降能否满足标准要求。因此正确选择能满足高速铁路技术标准要求的合理的软土地基处理方案和设计参数，是一项迫切需要解决的课题。本文根据某CFG（Cement Flyash Gravel）桩加固深厚层软土的试验成果，研究地基沉降规律、控制软土路基工后沉降的效果及CFG桩地基沉降的计算方法，结果表明：CFG桩是一种处理深厚层软土、有效控制路基工后沉降的方法；加固区沉降宜按复合模量法（Esp=εEa，ε为复合地基与天然地基承载力标准值之比；Es为天然地基压缩模量）计算，研究成果为CFG桩在高速铁路深厚层软土路基上的设计和应用提供了依据。     

湿陷性黄土地区高速铁路路基地基沉降控制技术

郑西、西宝和大西高速铁路是我国在湿陷性黄土地区先后修建的无砟轨道高速铁路,黄土地基湿陷沉降是影响铁路安全的关键因素。结合这3条高铁路基工程,开展了物理力学试验、应力测试、桩身材料试验、现场浸水试验和沉降观测,对黄土路基地基的湿陷变形量、沉降计算影响深度、沉降计算经验修正系数、压缩模量扩大系数等进行了分析,并对适用于高速铁路的湿陷性黄土地基处理方法进行了总结,可为湿陷性黄土地区高速铁路路基地基沉降控制提供参考。     

基于现场试验的刚-柔性基础下膨胀土变形特性研究

为研究膨胀土地基的膨胀变形响应规律,结合云桂客运专线建设,在弥勒中-强膨胀土区域选取典型工点,开展刚性基础(多压板荷载)与柔性基础(低路基)下膨胀土地基现场浸水试验,对比分析浸水后刚性和柔性基础下膨胀土地基的膨胀变形差异。试验结果表明:在较小荷载下,刚性基础与柔性基础下地基均产生明显的膨胀变形,膨胀变形量与上部荷载近似呈双曲线关系,前者的极限膨胀量约为后者的85%。对云桂客运专线试验段路基的长期监测试验表明:在自然条件下,路基较低时,地基相对膨胀量变化值随路基高度的增加而减小;路基高度超过5m时,其相对膨胀量变化值趋近于0,自然降雨对超过该填高的中-高路基下膨胀土地基的膨胀变形几乎无影响。     

高速铁路地基土压缩性分类及中低压缩性土变形特性研究

地基土压缩变形特性是影响高速铁路路基设计、施工、沉降评估等环节的重要因素。为进一步充分利用高速铁路地基土自身的承载变形能力，降低工程投资，通过开展综合勘察、土工试验及现场填筑试验等，提出基于变形控制为目的的高速铁路地基土分类标准，即高压缩性土、中高压缩性土、中低压缩性土及低压缩性土；并详细分析了各类地基土的物理力学指标。针对目前尚未充分利用的中低压缩性土，从室内试验压缩特性及现场填筑试验压缩性等角度分析了高铁路基荷载下，中低压缩性土地基承载变形快速收敛的特性。研究结果表明，在经过适当处理后，中低压缩性土变形可以满足高铁路基工程的要求。因此，将既有规范中中等压缩性土进一步细分为中低压缩性土和中高压缩性土，有利于优化高速铁路路基结构设计，为降低工程成本提供依据。