公路填石路基施工关键技术研究与应用

碎石填料铺设路基、修筑堤坝,实现了资源的再利用,具有显著的社会效应和经济效益,但碎石填料的散体颗粒特性,对施工质量提出了更高的要求。基于填石路基碎石填料离散化特性,采用EDEM三维颗粒流软件建立填石路基压实的离散元模型,对填石路基压实过程中碎石颗粒的应力场、速度场、孔隙率进行分析,得到不同影响因素下的路基压实特性。研究结果表明:振动碾压过程本质上是碎石颗粒链结构不断组合的过程,其中由碎石大颗粒作为强力链骨架抵抗外界载荷,小颗粒作为弱力链充填空隙,跟随大颗粒整体往下部、斜下部方向运动。在振动压实过程中,振幅越大,颗粒形状越接近球体,压实效果越好,路基的密实度越高。     

铁矿渣路基填料碾压破碎机制数值分析

研究铁矿渣路基填料颗粒碾压破碎机制,为确定铁矿渣路基填料碾压工艺参数提供科学依据。采用离散元软件PFC建立铁矿渣路基填料颗粒族碾压破碎的模拟方法,系统分析碾压破碎的影响因素及其引起的路基填料孔隙率、沉降的变化特征。铁矿渣路基填料初始孔隙比的增大、松铺厚度的减小以及碾轮直径的增大均会显著提高颗粒族碾压破碎率。大、小直径碾轮碾压作用下铁矿渣颗粒族破碎率增大引起的孔隙率下降的响应规律差异性较小,而导致的沉降增大的变化特征明显不同。采用大直径碾轮机械施工有利于提高压实施工效率和控制工后沉降。     

含可破碎填料的填石路基压实仿真

为了研究压实作用下含可破碎石料的路基破碎过程,利用EDEM软件建立正方体、三棱体、球体3种可破碎颗粒和刚性颗粒的路基压实模型,分析了压路机频率及激振力对填石路基压实的影响。结果表明:在激振力一定的条件下,35Hz振频下密实效果最佳;激振力越大,路基密实度越高,压实效果越好。在路基压实模拟中发现,路基压实过程中颗粒变化分为运动、变形、破损、稳定四大阶段,且体积越大、棱角越多,越容易破碎。对比现场孔隙率数值,两者均值仅相差0.89%,证明含可破碎填料的填石路基压实离散元法模拟结果准确可靠。     

振动碾压作用下铁矿渣路基填料的响应分析

针对铁矿渣路基填料振动碾压特性尚不清楚的问题，结合唐山地区铁矿渣级配特征和遵秦段高速公路振动碾压施工特点分析，提出了一种模拟铁矿渣路基填料振动碾压过程的离散元数值分析方法，从铁矿渣路基填料颗粒族破碎及其引起的孔隙率、沉降变化特征出发探讨了振动碾压效果，并揭示了振动参数、松铺厚度的影响机制。计算结果表明，振动作用力中碾轮自重占比大于80%时，振动碾压作用引起的铁矿渣路基颗粒族破碎率、孔隙率变化量及沉降的变化特征与不考虑振动的移动碾压效果差别不大，在颗粒族破碎率达到40%或振动碾压2次后路基填料沉降均趋于稳定；改变振动参数大小引起的振动作用力变化较小时，对振动碾压过程中铁矿渣路基填料颗粒族破碎、孔隙率及沉降的变化特征影响较小；在振动碾压影响范围内，增大松铺厚度对铁矿渣路基填料振动压实效果影响较小，但对提高施工效率可以产生积极的作用。     

土石混合填料压实特性的颗粒流模拟研究

采用正交试验，运用离散元程序PFC3D，研究了大、小块石含量、填料最大粒径在不同水平下，对土石混合填料压实特性的影响。研究结果表明:土石混合填料在循环荷载下，浅层填料位移大于深层填料位移，15个循环加载后，荷载对深层填料的作用较小。3种因素对土石混合填料孔隙率影响大小依次为大块石含量、小块石含量、最大粒径。填料孔隙率先随着大小块石含量的增加而减小，当块石含量大于25%时，孔隙率又逐渐增大。填料最大粒径也会对孔隙率产生影响，孔隙率随着填料最大粒径的增大而增大。     

武广客运专线路基AB组填料合理级配试验

武广客运专线武汉工程试验段需要大量AB组填料填筑路基基床底层及以下路堤。由于天然填料缺乏，需要料场生产配制。试验采用三次破碎、两次筛分生产不良级配的粗角砾土B组填料，其最大粒径为100mm、60mm，小于0．0075mm的颗粒含量为10％～15％，大于5mm的颗粒含量为60％～75％。当压实系数大于0．9时，填料孔隙率满足客运专线路基基床底层和路堤压实标准。     

宕渣路基压实质量检测方法研究

宕渣是最大粒径小于150mm、粒径大于40mm的颗粒含量大于30％的土石混合料或建筑渣土,经常被用作路基填料。大颗粒的宕渣具有不均匀性,且最大干密度无法用常规击实试验测定,现场检测宕渣路基压实状态比较难。文中提供了3种检测宕渣路基压实质量的方法,即固体体积率法、剪切波速法和机械导纳主频法;提出了测量宕渣最大干密度的简单方法,用于确定宕渣路基压实度;说明了用孔隙率表示宕渣路基压实质量更具优越性。     

兰新高速铁路戈壁土路基填料压实特性研究

通过兰新高速铁路第二双线路基试验段戈壁土现场填筑试验及室内土工试验,研究了戈壁土的颗粒组成、颗粒级配、粗颗粒含量P5、细颗粒含量、含水率控制对压实效果的影响。结果表明,对于高速铁路路基填料,其不均匀系数:基床以下路堤Cu≥15、基床底层Cu≥20为宜;随着填料中粗料含量P5的增大,填料的干密度增大,当粗料含量在70%左右时达最大;含水率大小对粗粒土的压实效果的影响,主要由填料中细粒含量(d≤0.075mm)的多少而定。     

陡坡地段土石混填路基压实特性研究

依托建水至元阳高速公路二标段陡坡地段的土石混填路基填筑工程，以正交试验设计9种工况，将孔隙率作为压实质量指标，运用PFC3D软件进行模拟分析，研究坡度、含石量及荷载循环遍数对土石混填路基压实质量的影响，并通过现场试验验证模拟结果。结果表明:土石混填体的位移量随循环加载遍数的增加逐渐变大，位移速度随循环加载遍数的增加逐渐变小；相同条件下，斜坡坡度越大，填料的压实质量越低；填料压实质量随着含石量的增加先升高后下降；循环加载遍数并非越多越好，碾压过多，对土石混填路基的压实质量影响有限，甚至造成压实质量下降；各因素对土石混填路基压实质量影响大小依次为:陡坡坡度＞含石量＞循环加载遍数。     

基于强度折减法分析管廊两侧回填土对市政道路的影响

基于土体的本构关系Mohr-Coulomb准则，并对填料压实度进行折减，运用有限元软件建立了道路-地下综合管廊结构数值模型。以长沙某综合管廊项目为实例，研究了三七灰土填料对市政道路的影响。计算结果表明:三七灰土强度折减系数FV=1.5为临界点，随着折减系数FV增大，道路沉降及应力响应明显增大；三七灰土强度参数黏聚力和内摩擦角控制值分别为13.33 kPa和22.55°，施工过程中应保证三七灰土强度不小于控制值；管廊持力层土体应力分布呈边缘大中间小的特点，其中侧墙下部应力最为集中。     

有轨电车荷载作用下路基结构动力响应分析

采用有限元程序ABAQUS建立数值模型，研究有轨电车路基在荷载作用下的动应力变化规律，分析有轨电车动应力随着不同行车速度、路基横断面位置、路基深度的传递规律，同时分析不同基床结构与地基土下动力响应的变化情况。结果表明：动应力在路基中呈现出两端大，中间小的特点，总体上呈马鞍形分布；有轨电车轮载所引起的附加应力快速衰减，在深度达到0.7 m左右时，动应力衰减一半；路基结构中的动应力随基床结构弹性模量的增大而逐渐减小，并且受基床底层弹性模量影响更大；随着地基土弹性模量增大，路基结构内动应力会略微增大，但路基结构的竖向位移会大大减小。     

路基水盐迁移及其对路用性能的弱化影响研究

针对盐渍土地区的高速公路填料，采用自制冻融循环试验装置进行了冻融循环作用下砾类土路基水盐迁移试验，结果表明:距路基顶面20 cm以下的中上部土层为主要的“聚盐层”，此高度范围主要发生盐分迁移和“水去盐留”的蒸发聚盐过程。分析了细粒含量对砾类土路基冻融循环冻胀变形量和压实度衰减率的影响，细粒含量越高，路基冻融变形量越大，压实度衰减率越大。土样经过冻融循环后，其回弹模量和CBR显著降低，冻融循环引起的路基次生盐渍化导致其路用性能的弱化。从减少毛细水和盐分迁移、减缓路基压实度衰减和冻胀角度出发，季节性大温差极端环境下强盐渍土地区砾类土路基填料应将细粒含量控制在10%以下。     

增大击实功的路基压实试验研究

压实度是路基填筑时控制路基强度和稳定性的关键指标。通过室内试验研究了击实功对路基压实度的影响：结果表明增大击实功，路基土的最大干密度和7d无侧限抗压强度都有显著提高，抗压强度最大增幅达到50％左右。因此增加路基土的密实度，可以明显地提高路基土的强度，延长路基的使用寿命。还通过现场试验研究了压实机具和碾压遍数对压实度的影响，并采用便携式落锤弯沉仪（PFWD）对压实后的路基强度进行检测。结果表明随碾压遍数的增加，压实度存在一定的增大趋势，但对不同材料的路基应选用不同的机具组合、碾压遍数等，以保证压实效果最佳。总之，由于目前重型压实机械的普遍使用，为更好地控制压实质量，适当提高路基压实标准势在必行。     

细粒含量对砂性土压实特性影响的试验研究

砂土作为一种比较特殊的路基填料，其压实特性对路基施工方式和施工质量有重要影响。随着细粒含量的增加，砂土填料可能呈现出不同的压实特性。根据现行《铁路土工试验规程》，用低液限粉土对一系列掺配不同细粒含量的细砂进行重型击实试验，研究细粒含量对砂土击实特性的影响。结果表明:细粒含量对砂土的击实特性有显著影响，随着细粒含量的变化，砂土的击实曲线可分为三种典型类型:随机小幅波动的类直线型、横写"S"型、单驼峰型，后两种击实特性曲线的临界细粒含量约在30%；细粒含量超过30%的砂土具有良好的击实特性，可作为一种良好的路基填料。     

含石量与含泥量对压实砾石土力学特性影响的试验

对于夹泥砾石土,在应力、颗粒组成、含水率等因素影响下,其变形特性非常复杂。针对重庆机场道路工程填筑中所用的压实砾石土,通过中型样三轴试验开展了一系列力学特性试验研究,重点分析了含石量与含泥量的变化对于压实砾石土力学性能的影响,及不固结不排水（UU）、固结不排水（CU）、固结排水（CD）3种条件下的抗剪强度与变形特性;同时研究了UU条件下,不同制样含水率对压实砾石土的抗剪强度的影响。试验结果表明：压实砾石土在低围压条件下表现出强烈的剪胀性;UU三轴压缩试验条件下,小含泥量的压实砾石土的强度取决于大粒径颗粒间的咬合力,与含石量成正比;初始拌和含水率对压实砾石土UU强度的影响很大,颗粒粒组中的泥粒在高于最优含水率下易产生滑动,影响其应力-应变性状并导致其抗剪强度大幅降低;饱和固结后,压实砾石土的强度与含石量并没有直接的联系,高含石量并不代表高强度,合理的颗粒级配是决定试样CU,CD强度的重要因素;压实砾石土中含泥量增加会导致其抗剪强度的降低。另外,含石量和含泥量对压实砾石土的临界状态影响不大,同种矿物成分、不同颗粒组成的压密砾石土在CU,CD试验下的临界应力比为1.73。     

重载运营铁路路基斜向注浆挤密桩布设参数研究

以朔黄铁路既有重载铁路路基斜向注浆挤密桩加固为研究对象，针对不同斜向注浆挤密桩布设参数，运用有限元模拟软件 Abaqus，对路基的加固效果进行分析研究。结果表明:铁路路基的竖向变形，随着挤密桩角度的增加先增强后减弱，随着挤密桩间距增大而减弱；铁路路基变形呈“W”形，在布设挤密桩后变形位移差值减小。     

细粒土路基平衡密度状态分析

为掌握细粒土路基的平衡密度状态及其变化原因，统计分析9条高速公路路床顶部的压实度和含水率检测资料，对3条黄泛区高速公路路基的压实度、含水率以及1条高速公路的路基模量进行全断面深度检测，并开展非饱和细粒土的湿化试验和弹性恢复试验。现场实测发现：在役路基除了实测含水率较最佳含水率有0~13.8%的增加外，相应的压实度出现了0~10%的线性衰减；其中，路床区、上路堤以及受水位波动影响较大的路基底部的压实度降低十分明显，而下路堤上部区域压实度基本维持不变甚至有所增大；路基压实度的变化与土的含水率密切相关。非饱和土三轴试验结果表明：土体湿化过程中，吸水导致体积膨胀和压实度衰减；当路床土吸湿至平衡湿度（含水率为18%）时，土体压实度降低5.07%。弹性恢复试验结果表明：压实路基土因变形恢复导致路基密度衰减；低含水率、高压实度和低上覆荷载条件下的弹性恢复较大，压实路床土弹性恢复导致的压实度降低值最大为0.5%；综合湿化和弹性恢复结果来看，两者占黄泛区路床区压实度衰减总量（约7%）的79.6%；此外，路基剪切模量的原位实测值较相同物理状态下的室内重塑土结果平均高出了60.64%，表明运营多年的高速公路路基土具有一定的结构性。因此，既有路基的评价应该同时考虑路基湿度增加、密度降低以及土体结构性等综合因素。     

高速铁路路基粗粒土填料最大干密度试验方法对比研究

针对击实试验法和表面振动压实试验法测得高速铁路路基填料最大干密度值存在较大差异问题,选取沪昆高速铁路湖南段粒径在60 mm以下路基粗粒土填料,分别采用室内击实试验和表面振实试验测取最大干密度,再将上述两种试验方法测得的最大干密度与同种填料现场填筑后的实测干密度进行对比分析。结果表明:采用表面振实试验法测得的最大干密度普遍小于击实试验法测得的最大干密度,同时还普遍小于施工现场实测的干密度。结合高速铁路路基填筑施工质量要求,建议采用击实试验测得的最大干密度作为现场压实质量的控制指标。     

路堤下伏溶洞受力模式和变形破坏的数值模拟

为进一步揭示溶洞的受力模式和变形破坏过程,根据勘察结果建立考虑地层分布、溶洞形状、溶洞位置等因素的模型,模拟路堤分层填筑的过程,采用力法、强度折减法分析溶洞受力模式及其对破坏的影响。通过预埋钻孔多点位移计监测路堤填筑过程中溶洞及其上覆土层的变形破坏过程,并建立数值模型重现其破坏过程。根据应力状态和Hoek-Brown强度包络线,将破坏形式划分为张拉破坏、拉伸剪切破坏和压缩剪切破坏,并分析顶板倾角和洞穴形状对破坏形式、变形及稳定性的影响。基于抗弯理论,推导路堤容许填筑高度的解析解,并根据地应力和拱效应进行修正。结果表明：弯拉应力在拱效应和地应力的挤压作用下减弱,导致溶洞顶板进入剪切塑性状态,而非拉伸塑性状态;由于未能考虑拱效应和地应力的挤压作用,以往按照简支梁假设计算的弯拉应力结果偏大;矩形溶洞的顶板受力状态以拉剪为主,而椭圆形溶洞的顶板由于拱效应受力状态主要为压剪,实际形状溶洞的稳定性介于二者之间;顶板倾角（25°以内）对变形和稳定性影响不明显,但溶洞顶板的受力模式由压剪变为拉剪;为防止岩溶失稳,应控制路堤填筑高度,但现行规范中厚跨比大于0.8的规定过于保守,抗弯估算法优于厚跨比评价法,但仍偏保守,考虑地应力和拱效应的修正抗弯估算法最接近工程实际和数值计算结果。