高速铁路路基冻胀特性水泥掺入的改性研究

哈大铁路沿途广泛分布的季节性冻土,引起含不同细粉料的路基级配碎石垫层产生冻胀问题,不能满足高铁对线路平顺性的要求。通过掺入一定量的水泥,可以有效减少吸水量和冻胀量。基于相似理论开展了不同细粉含量、不同含水量及不同水泥掺量工况下路基级配碎石的冻胀特性研究,进行了4种细粉含量及4种水泥掺量条件下的孔隙率、含水率及冻胀量试验。结果表明:掺加水泥可显著降低级配碎石的冻胀率,未掺加水泥级配碎石其原位冻胀率可达1%~1.65%,随着水泥掺量的增加,掺水泥5%以上级配碎石硬化后基本可消除细粉土引起的原位冻胀和水迁移冻胀,其原位冻胀率小于0.2%。掺加水泥量必须同时考虑对冻胀率及物理力学性能的影响,建议水泥掺量为5%。     

客运专线基床表层级配碎石冻胀影响因素的试验研究

通过室内冻胀试验,研究含水率、孔隙率和细粒含量对级配碎石冻胀的影响规律,并运用偏相关方法对影响因素与冻胀率之间进行相关性分析。研究结果表明:级配碎石的冻胀率随着含水率和细粒含量的增大而增大,而其冻胀率随着孔隙率的增大而逐渐减小;随着含水率、孔隙率和细粒含量的增大,试样的冻胀率的变化率均呈现减小的趋势;含水率为影响级配碎石冻胀的主导因素,并提出控制级配碎石的含水率<4%的指标,其冻胀量满足要求。含水率、孔隙率和细粒含量对级配碎石的冻胀影响均在0.01(双侧)水平上显著相关,在实际分析时,应综合考虑3种因素对其冻胀的影响。     

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。     

高纬度严寒地区高速铁路路基防冻胀设计研究

为抑制严寒地区高速铁路路基冻胀变形量,满足铺设无砟轨道的要求,充分吸取换填、防水、保温等冻胀防治方法的最新研究成果,通过再创新,形成一种包含有防冻层、隔排水、局部保温的综合防冻胀技术,并应用于哈大高速铁路实际工程中。通过现场试验研究,得出采用该项技术路基冻胀量普遍小于4mm,防冻胀效果满足设计要求的结论。同时根据哈大线后期路基冻胀进一步深化研究成果,对哈大高速铁路路基冻胀规律进行总结,对路基防冻胀设计中如不冻胀土的判定标准、设计冻深的采用与修正、级配碎石掺水泥用于防治冻胀的优劣等几个问题进行进一步探讨,从实际应用方面提出建议和意见。     

水泥土渗透性及强度与冻胀性关系研究北大核心

为了揭示土中掺入水泥对冻胀特性的影响,本文对南京地区典型黏土和砂土掺入不同比例的水泥进行冻胀试验、变水头渗透试验和直接剪切试验。试验结果表明:水泥的掺入改变了土的力学性能,两种土质水泥土渗透系数均随水泥掺量的增加明显减小,内摩擦角和黏聚力均随水泥掺量增大而增大;冻胀率均随渗透系数减小而减小,随水泥土黏聚力和内摩擦角增大而减小;水泥的掺入可堵塞水分迁移的通道,从内部减弱水分迁移的动力,而且掺入水泥后改变了土体级配,增大土体强度,使土颗粒间结合力和抵抗土颗粒骨架变形能力增强,从而使最终冻胀率减小。     

改良粗颗粒填料在寒区高速铁路路基中的应用研究

高速铁路路基填料选用传统意义上平均冻胀率η≤1%且级配良好的非冻胀填料,目前高速铁路路基在寒季产生的实际冻胀量已超过规范规定15 mm的要求。针对寒区高速铁路路基冻胀问题,从填料改良方面开展研究,针对路基产生冻胀的主要位置,选取级配碎石为对象,以水泥、石灰、粉煤灰作为掺和料进行改良。通过室内试验,分析加入无机材料后填料渗透性和冻胀性的变化,对比加入3种掺和料的填料冻胀率,选取一种改良效果最为理想的材料,作为寒区高速铁路路基改良材料。研究结果表明:水泥、石灰以及粉煤灰的加入大幅度减少了水分从路基表面向基床内部的渗透,其中粉煤灰吸水能力较强,因此产生了较大的冻胀量,不适宜作为改良材料;水泥改良填料冻结时水分迁移量减少,冻胀量最小,说明相对石灰和粉煤灰,水泥最适合加入到级配碎石中,减小路基冻胀量。     

水泥土渗透性及强度与冻胀性关系研究

为了揭示土中掺入水泥对冻胀特性的影响,本文对南京地区典型黏土和砂土掺入不同比例的水泥进行冻胀试验、变水头渗透试验和直接剪切试验.试验结果表明:水泥的掺入改变了土的力学性能,两种土质水泥土渗透系数均随水泥掺量的增加明显减小,内摩擦角和黏聚力均随水泥掺量增大而增大;冻胀率均随渗透系数减小而减小,随水泥土黏聚力和内摩擦角增大而减小;水泥的掺入可堵塞水分迁移的通道,从内部减弱水分迁移的动力,而且掺入水泥后改变了土体级配,增大土体强度,使土颗粒间结合力和抵抗土颗粒骨架变形能力增强,从而使最终冻胀率减小.     

高速铁路渗透性基床防冻胀结构研究

基于填料抗冻理念,以合理的填料持水率、冻胀性及压实特性为综合目标,探讨了适用于高速铁路路基防冻胀的渗透性级配碎石的级配组成。通过不同级配条件下室内饱水持水试验、渗透试验和冻胀试验,研究了不同级配填料的持水能力、渗透性能和冻胀特性,明确了渗透性级配碎石的级配范围。依托中国东北地区一高速铁路开展了现场填料制备、压实及试验段防冻胀效果监测试验研究,完善了渗透性级配碎石的制备和压实工艺。研究结果表明,渗透性级配碎石基床应用于高寒地区高速铁路路基防冻胀是可行的。     

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.     

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。     

季冻区高速铁路路桥过渡段稳定性试验研究

研究目的:对于路桥过渡段较多的高速铁路地段,控制路桥过渡段的沉降差是保证列车运行平顺性的重要因素,尤其是处于深季节冻土区的高速铁路路桥过渡段,其变形控制更加严格。本文以哈齐高铁某路桥过渡段为试验监测断面,基于现场地温、冻胀变形和沉降变形的试验数据,分析寒区高速铁路路桥过渡段的地温、基床表面的冻胀变形和基底的沉降变形,揭示寒区高速铁路路桥过渡段的地温与变形特征,从而评价路桥过渡段的稳定性状况。研究结论:(1)建设初期,采用掺3%水泥的级配碎石作为桥后回填料较粗粒土易吸热和放热;两者在相应深度处的温差随时间的推移逐渐减小并趋于0℃,最终桥后级配碎石与粗粒土达到新的热力平衡;(2)采用掺3%水泥的级配碎石作为路桥过渡段桥后回填材料,其基床表层与桥台间的最大变形差值为4.6 mm,满足规范要求;(3)级配碎石作为桥后回填材料,其基床表层的变形随时空的变化过程分为四个阶段:冻胀快速发展期、冻胀相对稳定期、冻胀抬升期和融化回落期;(4)级配碎石作为桥后回填材料,其冻结深度与基床表层的冻胀变形呈非线性关系,但路堤的最大冻结深度影响其基床表层的最大累积冻胀值;(5)路基阳坡的沉降量较阴坡大,离阴面坡脚越近,基底的沉降量和变形幅度越小;路基施工完成至铺轨前,基底沉降随时间的推移缓慢增大,但目前基底各测点沉降量均满足规范要求;(6)该研究成果可为今后季冻区类似工程设计、施工和维护提供参考。     

季节性冻土区高速铁路新型防冻胀路基力学特性研究

着眼于季节性冻土区高铁路基防冻胀填料改良及路基保温措施,提出纤维泡沫混凝土作为基床表层填料或保温强化层材料的防冻胀路基结构形式。对纤维泡沫混凝土进行物理力学特性及抗冻融耐久性试验,在此基础上采用有限元仿真分析级配碎石基床、纤维泡沫混凝土基床、保温强化层基床3种路基结构的层间剪切应力、竖向应力、竖向位移等力学参数。结果表明:纤维泡沫混凝土具有良好的保温特性及冻融耐久性,其作为基床表层填料与级配碎石相比,路基结构力学参数均得到改善;其作为保温强化层材料可有效降低级配碎石基床表层剪切应力的最大值,提高路基结构整体稳定性。在一定程度上证明了纤维泡沫混凝土作为季节性冻土区高铁路基防冻胀材料的可行性。     

高速铁路路基过渡段水泥碎石施工质量控制

对掺水泥级配碎石的材料特性进行了分析,指出其在2 h之内可视为路基填料、2 h以后应按混凝土材料进行养生等的必要性,介绍了水泥碎石施工要点,并对施工中结构界面结合问题进行了分析.     

客专铁路路基A、B组填料冻胀性浅析

研究目的:通过阐述路基土冻胀机理及影响因素,结合本段的填料情况,浅析路基基床底层用60 cm细粒含量除小于5%的碎石类土满足路基填筑冻胀要求外,细粒含量小于15%的是否也可以有效防止冻胀。研究结论:通过对路基冻胀的主要机理、影响因素以及路基A、B组填料冻胀性的试验,浅析了路基特定填料的冻胀特性,得出在路基基床底层用60 cm厚细粒含量小于15%的碎石类土填筑路基可有效防止冻胀的结论,但鉴于土的冻胀性影响因素相当复杂,各种研究成果具有局限性,填料冻胀性还需进一步修正和补充,从而使路基防冻胀填料和结构设计更加合理。     

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。     

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。     

级配和水泥掺量对泡沫沥青冷再生混合料路用性能的影响

为评价级配和水泥掺量的影响,分别采用无侧限抗压强度试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验和小梁弯曲试验对不同类型泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、水稳定性、高温稳定性和低温抗裂性进行测试。研究结果表明:在再生料中掺加新集料可以降低2.3%~3.3%的空隙率。通过同时掺加新粗、细集料和矿粉来进行再生料级配优化可以获得最优的力学性能和高温稳定性,但是其水稳定性和低温抗裂性不如仅掺加新细集料和矿粉的情况。虽然再生料路用性能随着水泥掺量的增加而不断提高,但是考虑到潜在的收缩开裂问题,建议在控制水泥掺量的前提下通过优化级配来改善泡沫沥青冷再生混合料的路用性能。级配和水泥掺量对于不同的路用性能的影响显著性有所差异。级配对高温稳定性的影响更加显著,而水泥剂量对水稳定性的影响更加显著。     

哈大铁路客运专线路基填料冻胀性试验研究

路基变形控制是严寒地区客运专线的难点,消除冻胀危害是路基设计、施工重点考虑的问题,填料是影响路基冻胀的最主要因素。通过对典型A、B组填料冻胀性的试验研究,分析了填料冻胀性与含水率、细粒掺量、掺配土质、水分变化、干密度之间的关系,对路基填料选择和现场施工提出了建议。     

线桥过渡段用水泥碎石的收缩特性及其影响分析

铁路过渡段采用掺水泥的级配碎石进行填筑,以形成路基与横向构筑物之间刚度的均匀变化.由于水泥碎石具有自身干燥收缩和温度收缩的特点,往往导致水泥碎石层产生收缩裂缝,影响其正常使用功能.特别是公路上水泥碎石作为基层具有较长的使用经验,其收缩裂缝带来的路面反射裂缝已成为路面工程的质量通病.本文分析了水泥碎石材料干燥收缩和温度收缩的机理,对过渡段水泥碎石的开裂进行了力学分析,讨论了水泥碎石收缩裂缝对过渡段及CRTS Ⅱ型板式无砟轨道台后锚固结构的影响,提出了减少水泥碎石收缩裂缝的措施.