黎塘-钦州铁路路基病害成因分析和处治试验研究

铁路路基在雨季经常发生翻浆冒泥和整体软化的基床病害。在对路基的翻浆冒泥、整体软化的机理和整治措施进行系统分析的基础上,对现场不同地点采集的12个样品进行了X-衍射试验,确定了样品中含膨胀矿物成分;通过试验室内的试验,确定了样品的物理力学性质;然后,采用承压板静载方法进行了3组现场路基承载力试验,确定了不同处理方法的效果;在处理过程中,在路基的不同位置埋设了12个土压力盒,对列车通过时荷载的传递规律进行了监测。     

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。     

动-静组合荷载作用下砂-粉土混合料水分迁移试验研究

应用自主设计的铁路路基翻浆冒泥物理模型试验系统开展动-静组合荷载作用下砂-粉土混合料水分迁移试验研究。试验结果表明:动-静组合荷载作用下非饱和段内试样含水量呈明显增长趋势,孔隙水压力经历了动荷载作用下的累积和静荷载作用下的消散过程,并由此导致试样轴向形成孔隙水压力梯度,孔隙水在该宏观势能梯度作用下发生迁移流动。通过试验探究了铁路路基中"抽吸"作用的本质和发展过程,并基于此提出铁路路基翻浆冒泥病害的一个新的形成机理。     

高速铁路路基状态调查与分析

为掌握我国高速铁路路基服役状态、养护维修技术与管理现状,开展了系统的调研与分析。结果表明:高速铁路路基整体运营情况良好,发生过病害的长度占路基总长的6. 51%;病害类型主要有沉降、排水不良、封闭层破损、翻浆冒泥,个别地域存在冻害、上拱、危岩等问题。在高速铁路路基检修过程中,存在人员配备不足、检查条件和机具有限、缺少有效的检查及维护手段等问题。总结了路基结构、边坡以及防排水系统相关的主要病害的现状、成因以及整治措施。     

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。     

路基的填料冻胀分类及防冻层设置

我国冻土区铁路路基表层的冻胀病害严重,且没有相应的路基填料冻胀性分类标准。在分析路基的冻胀特性、影响路基冻胀的因素、路基冻害整治中存在的问题的基础上,借鉴国内外地基土的冻胀性分类,并结合铁路路基填料分类的特点、铁路线路冻胀限高和维修标准,提出铁路路基填料冻胀性分类方案,并建议在冻土区设置路基防冻层。路基填料冻胀性分类方案以各类土的细粒含量、冻前含水量和冻胀高度为指标,进行冻胀敏感性和冻胀等级两级分类。路基防冻层应用细粒含量<5%的砂类和细粒含量<15%的砾类、碎石类不冻胀土填筑,防冻层的厚度根据路基的标准冻深。列车的运行速度和载重量确定。     

季节性冻土区路基基床粗颗粒土填料冻胀特性研究

季节性冻土区高速铁路路基冻胀病害日渐突出,路基冻胀对施工的影响也不容忽视,研究路基基床填料的冻胀特性对路基冻胀防治具有实际意义。选取东北某客运专线路基基床底层A、B组填料作为试验土样,通过不同含水率、不同细粒含量、不同冻结温度条件下的冻胀试验,研究各参数对冻胀率的影响。试验结果表明:该填料冻胀率随着含水率的增加而增大,细粒含量15%的粗颗粒土仍会发生冻胀;该填料冻胀率随着细粒含量的增加而增大;填料冻结温度直接影响该填料的冻结过程,进而对其冻胀率产生影响。     

论铁路路基填料分类

通过对铁路路基施工中出现填料工程质量问题的分析,认为现行铁路规范所采用的"粒度累积分类法"依据单一,不能很好地反映土性;"统一分类法"依据土的颗粒组成、颗粒级配、细粒含量、相邻粒组的含量以及塑性指标(塑性指数、液限),更具科学性。为使我国铁路规范中的"填料分类"逐步向"统一分类法"靠近,并与"岩土分类"标准统一,提出两个修改方案:方案A为过渡方案,对现行分类只作粒组划分和细粒含量局部调整;方案B则以"统一分类"体系为框架,同时又照顾方案A的分类习惯,使两种方案能够衔接。     

重载铁路路基低液限粉土动力变形特性试验研究

低液限粉土是朔黄重载铁路路基的主要填料,通过一系列室内循环动三轴试验,研究循环荷载频率、动应力比、固结度和饱和度(含水率)等参数对低液限粉土动力变形特性的影响。研究结果表明:低液限粉土填料的轴向累积应变-振次关系曲线分为稳定型和破坏型,轴向累积应变随动应力幅值增大而增大,动应力超过临界动应力值,累积应变明显增长直到破坏。累积应变随振动频率的增大而增大;随固结比的增大而减小;饱和度(含水率)越大,对应的累积塑性应变越大,到达破坏所需的破坏振动次数越低。建立"稳定型"和"破坏型"累积轴向应变-振次关系的经验公式:张勇经验公式和Monismith指数公式。研究结果对重载铁路路基动力稳定性分析评价具有参考价值。     

细粒含量对细砂土击实特性的影响试验研究

选取辽河流域海相沉积细砂进行掺配低液限粉土的细砂土重型击实试验,分析细粒含量对细砂土击实特性的影响规律。试验结果表明:细砂土存在随细粒含量增加而逐渐退化的干压实特性,其击实曲线分为细粒含量较低时呈现出干燥状态最密实的干优型、较高时为上凸单峰状湿优型、居中时则为"∽"状双优过渡型这3类;根据细砂土的击实特性,提出细砂土填料分类标准建议,即细粒含量≤10%为细砂、10%～30%为含细粒土细砂、大于30%为细粒土质细砂。     

基于压缩试验的花岗岩残积粘性土变形指标确定

以广州市地铁6号线燕塘站重塑花岗岩残积粘性土为研究对象,通过侧限条件下的压缩试验,研究花岗岩残积粘性土变形指标(压缩系数av、压缩模量Es)与其物理性质孔隙比(e0)、饱和度(Sr)的关系,通过室内试验数据及分析拟合,初步确定变形指标与孔隙比、饱和度的关系式。利用此关系式可以得出不同饱和度状态下,花岗岩残积粘性土的压缩系数(av)和压缩模量(Es),减少了室内试验的工作量,可以有效提高实际工程中的土体变性指标的室内试验效率,节约工程成本。     

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。     

重载铁路隧道隧底围岩劣化的CFD-DEM模拟研究

研究目的:重载铁路隧道隧底结构较普通铁路受到更大的动力作用,列车动载-地下水耦合作用下隧底软弱围岩将发生劣化,甚至形成脱空,引发基地下沉、翻浆冒泥等一系列隧底病害。本文采用CFD-DEM耦合分析方法研究列车动载-地下水耦合作用下重载铁路隧道隧底软弱砂性土围岩劣化及脱空规律,为重载铁路隧道设计、施工及病害治理提供参考。研究结论:(1)列车动载-地下水耦合作用下隧底附近围岩细颗粒向两侧迁移流失,仰拱-围岩接触面形成局部脱空;(2)列车动载-地下水耦合作用下仰拱-围岩接触压力逐渐减小,隧底结构受力劣化,轨线位置最为明显;(3)列车轴重和行驶速度的增加将加速隧底围岩脱空及劣化的发展;(4)本研究成果可用于优化重载铁路隧道隧底结构设计,减少隧底病害,提高隧道的耐久性。     

戈壁粗粒土填料填筑铁路路基压实评价指标研究

选取兰新铁路第二双线4个具有代表性的路基试验段,进行戈壁粗粒土填筑路基的压实质量评价指标研究。研究表明:粗粒土填料填筑路基的孔隙率偏小,但现有规范规定的孔隙率标准偏大,起不到控制路基密实度的作用,因此提出用填料的细颗粒室内击实试验得到的孔隙率换算整体孔隙率的方法控制粗粒土填筑路基的密实度;K30能较好地反映填料的塑性变形,且对压实质量敏感,比Ev2更适合作为路基压实质量的评价指标;Ev2/Ev1控制路基压实质量的实质是Ev1在起作用;规范不应用统一的Ev2/Ev1标准,而应根据填料的粗颗粒含量制定相应的Ev2/Ev1标准,填料的粗颗粒含量越多,填筑的路基的弹性变形量越小,Ev2/Ev1的规范标准应越大;Ev1的测试深度比K30大,且塑性变形在总变形中的比例也大,因此可以考虑将Ev1设定为路基压实质量的评价指标。     

湘潭-邵阳高速公路膨胀土工程特性试验研究

针对湘潭-邵阳高速公路膨胀土实际工程,对典型膨胀土路段的膨胀土进行了自由膨胀率、界限含水量、颗粒分析、粘粒含量、矿物组成、土样描述、有荷(无荷)膨胀力(膨胀量)基本物理力学性质指标试验、对膨胀土的化学成分进行了分析,获得了该高速公路膨胀土的工程特性,得到该路段膨胀土的膨胀力、膨胀量、胀缩速度曲线、膨胀过程、收缩过程的特征,为膨胀土路基边坡工程设计与施工,膨胀土地基加固与路基病害的防治提供了参考依据。     

基于工程易损性灾变论的高铁路基服役状态评价

传统铁路路基状态评估的有损检测不宜用于高铁无砟轨道,而以轨检车为代表的无损检测物理意义不明确,难以定性路基病害或预测其变化趋势。鉴于高铁路基易受工后沉降及运营环境等多因素影响,类似于工程承灾模型,故以灾变论为基础,引入工程易损性理念。分别将运营环境与路基自身属性类比为致灾体、承灾体,将常规轨检车动检与工后沉降监测、外部运营环境调查相结合,采用可拓物元分析法为计算模型,提出高铁路基服役状态评价新方法,并依托沪宁城际铁路典型区段展开实例分析。研究结果表明:引入工程易损性理念后,实现了基于统计学意义、工学机理与工程地质环境的高铁路基状态"三位一体"综合评判,有助于反映其瞬时性状、病害成因及发展趋势,较传统方法更为全面合理。该方法可为高铁路基服役状态的提前预判与及时响应,以及铁路部门运营方案调整及养护维修等提供理论支撑。     

某高铁路基冻胀原因分析及整治方案

以某高铁为例,介绍其路基冻胀情况。通过现场踏勘调研、气象资料分析、现场深部钻孔探测、室内土样颗粒分析、含水量测试等措施,认为降雨渗入基床、路基含水率严重超标、路基填料小于0.075mm的细颗粒含量严重超标、地区气温较低且持续时间长是冻胀发生的主要原因。基于原因分析,提出"疏导+封闭+排水+保温"的冻胀综合整治方案,即疏通电缆槽和护肩排水孔、封闭两线间混凝土封闭层离缝、疏排基床表层入渗水和路基本体中毛细水、施作深埋保温排水盲管等措施。该方案可为类似病害整治提供借鉴。     

淮南线路基病害的综合整治

1 概况淮南下行线 K165 815—K206 780 沿线路基为上世纪90年代初建成,用膨涨土填筑,渗水性差,在列车动载长期作用下,尤其是芜湖大桥开通后此段线路运量的大量增加,已凸现一系列严重的路基病害,导致线路几何状态难以控制, 严重危及行车安全。随着国民经济的快速发展,铁路运量将进一步加大,作为二通道的淮南线的战略位置更加显现,为此,必须对该线路进行全面整修。 2 主要病害分析淮南线地处安徽省,是膨涨土主要分布区之一,膨涨土是一种具有裂隙性、涨缩性和超固结性的高塑性粘土,亲水性强,极易涨缩变形,其表现为吸水膨涨软化,失水收缩开裂,遇水迅速崩解；导致土体软化,抗压强度和承载力降低。当年修筑路基之初,为节约投资,所填筑之土大部分就地取材,部分地段未做好填料的改良工作,以达到改变其物理力学     

提速列车通过时既有线非改建路基的适应性研究

研究目的:通过连续物探检测及系统的静态原位测试,获得路基土的物理力学性质指标,对测试段路基进行全面质量评价;通过列车动载试验,测试不同状态时路基动力响应,对既有路基适应性进行评价,为既有线提速提供技术支持. 研究结论:实车动测表明,120 km/h货车通过时,路基的动应力、动变形与目前运营列车相当;200 km/h动车组通过时,路基的动应力平均约为目前运营列车的1/2,动变形平均约为目前运营列车的1/3.通过试验结果分析,得出了提速路基的主要控制因素,并对提速路基技术条件提出建议;提速路基处理的重点是原有路基存在的问题和薄弱环节.     

砂层压密加固效应室内试验研究

研究目的:在隧道工程砂层劈裂注浆或压密注浆工程中都伴随着砂层的压密现象,被压密砂层性能的提升幅度对于注浆加固体的整体性能具有显著影响。基于此,以黏聚力、内摩擦角、渗透系数作为表征砂层压密加固效应的性能指标,以青岛地区含黏性土砂层为典型砂层介质,测试不同黏性土含量条件下砂层性能随压密程度的增长情况,获得砂层各项性能指标与所受压力的定量关系,在此基础上分析黏性土含量对被压密砂层性能提升幅度的影响,提出以临界黏性土含量为指标的砂层压密加固有效性评价标准。研究结论:(1)注浆压密作用可显著提升砂层的各项性能指标,在室内试验条件下,砂层黏聚力增长了30. 8～87. 6 kPa,内摩擦角提高了13°～15°,渗透系数降低了2～5个数量级;(2)被压密砂层性能提升幅度与黏性土含量正相关,当砂层黏性土含量小于临界黏性土含量时,砂层无法通过压密手段进行有效加固;(3)该研究结果可应用于隧道工程穿越砂层注浆加固领域,对注浆设计有一定借鉴作用。