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。     

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。     

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。     

高速铁路地基膨胀土膨胀变形试验研究

以兰新铁路第2双线一处典型原状膨胀土为对象,通过进行厚度为5,10,15和20 cm不同含水率下膨胀量试验,得出原状膨胀土在不同厚度及不同含水率下过程膨胀量,研究含水率和厚度对原状膨胀土过程膨胀量的影响。试验结果表明:厚度一定时,含水率越小原状膨胀土的过程膨胀量越大,含水率越大原状膨胀土的过程膨胀量越小;含水率较低时,厚度对原状膨胀土的过程膨胀量影响较大,含水率较高时,厚度对原状膨胀土过程膨胀量影响较小,通过对试验数据的进一步分析发现,在厚度一定时,含水率和原状膨胀土的过程膨胀量呈良好的对数关系,依据不同厚度对公式参数进行拟合,建立含水率和厚度耦合作用下原状膨胀土过程膨胀量计算模型,模型计算结果与实测数据吻合较好,为今后膨胀土地区的工程建设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。     

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。     

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。     

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...     

合肥地区黏土膨胀特性研究

在合肥地区地铁隧道施工现场取典型黏土地层原状土样,进行了一系列室内试验和电镜试验,对合肥地区典型黏土土样的膨胀特性进行了研究。研究结果表明：合肥地区黏土土样具有弱膨胀性;得到了合肥地区典型黏土的膨胀力数据;合肥地区黏土的抗剪强度参数与含水率之间存在负指数函数关系;两种黏土存在裂隙结构面和致密结构面,微孔隙、微裂隙和黏土的颗粒排列等的差别是其具有不同膨胀特性的原因。     

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.     

高速铁路无砟轨道地基微膨胀泥岩膨胀性评价

为了对高速铁路无砟轨道地基微膨胀泥岩膨胀性进行评价,选取等效蒙脱石含量、阳离子交换量、自由膨胀率和液限为泥岩膨胀性判别指标,根据大量现场钻孔实测资料,在TB 10621-2014《铁路工程特殊岩土勘察规程》基础上对泥岩膨胀等级进行优化,采用改进层次分析法、基尼系数法和相对熵确定了判别指标组合权重,并基于改进灰关联分析法...     

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。     

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。     

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。     

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。     

无砟轨道基床吸水膨胀上拱对高速列车的影响分析

无砟轨道路基基床填料吸水膨胀上拱对高速列车安全性能会产生不利影响。基于温度场与湿度场膨胀相似性,采用土体热传导膨胀过程模拟土体吸水膨胀过程,实现了用温度场-应力场模拟无砟轨道基床局部吸水膨胀上拱。通过试验与数值计算结果拟合确定了温度场与湿度场关联参数,提出了高速列车-膨胀路基耦合计算方法。工程应用表明:该方法能够得到基床上拱产生的列车轮对加速度增量,方便评估无砟轨道基床局部膨胀上拱对高速列车的影响。考虑吸水膨胀上拱产生的加速度增量,采用综合影响因素等级评分(B值)方法,将无砟轨道基床层局部吸水膨胀上拱病害划分为3个等级。     

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。     

无砟轨道路基上拱原因试验研究

对我国西北地区一路基上拱变形较严重的无砟轨道线路调研后,选择6个典型路基上拱工点进行了现场取样与试验,分析地基土与路基填料的膨胀性、易溶盐含量和矿物成分。研究结果表明:泥岩地基遇水膨胀引起了路基上拱;路基上拱变形与地基土、路基填料中易溶盐含量呈正相关;易溶盐侵蚀水泥改良填料形成钙矾石、硅灰石膏的过程也可能引起路基上拱。建议上拱地段的路基采取防水、排水、疏水措施。     

富水红层路基碎石改良填料力学特性试验研究

研究目的:为解决富水区红层黏土路基含水率高、无法压实等问题,本文通过向原状土中掺入一定粒径配比的弱风化红层泥岩碎石,制成不同级配和含水率的改良填料,然后进行重型击实试验、大型直接剪切试验及无侧限抗压强度试验,以获得满足铁路路基填筑要求的填料方案。研究结论:(1)红层原状土通过掺入弱风化泥岩碎石可有效降低原状土的含水率,改良填料的最优含水率为10.26%,最大干密度为2.22 g/cm~3;(2)最优含水率时改良填料的黏聚力c为29.336 k Pa,内摩擦角φ为32.86°,相较于红层天然原状土抗剪强度有明显的提高;(3)改良填料的无侧限抗压强度在含水率为8.85%时最大,达到518.80 k Pa,随着含水率的增加其逐渐降低;(4)通过混合弱风化红层泥岩碎石与红层黏土的改良填料,不仅没有改变红层黏土特性,而且能有效降低原状土填料含水率,增加抗剪强度和抗变形能力,改良后填料的含水率和压实性能满足《铁路路基设计规范》要求;(5)该改良方案可为西南富水红层地区铁路路基基床以下路堤填筑工程提供参考。