郑西铁路客运专线路基防排水技术研究

研究目的:郑西铁路客运专线沿线的黄土广泛分布,湿陷性黄土区段占全线总长度的65%,湿陷程度从轻微(Ⅰ级)到严重(Ⅳ级),涵盖了我国湿陷性黄土的全部类型。在这样复杂的工程地质地段修建高速铁路,具有极大的不确定性和挑战性。因此,郑西铁路客运专线开工建设前期,根据沿线黄土丘陵、伊河和洛河二级阶地、黄土塬、黄河二级阶地、渭河二级阶地等不同地貌单元特点,选择典型的试坑浸水试验场地,在充分浸水条件下,查明湿陷性黄土在大面积浸水条件下的影响范围,并为地基处理和防排水设计提供试验资料。研究结论:通过试验研究表明:8个现场浸水试验场地完全浸水后的浸润线斜率在1.3～6.0之间;试坑外15 mm湿陷变形量发生位置距浸水试坑边的水平距离自东向西逐渐增大,为6～15 m;防排水措施距路肩的水平距离为0.2～0.5倍的湿陷性黄土层厚度,设计深度在DK233～DK250段、DK250～DK321段和DK321～DK356段分别为0.32H-1.60a、1.53H-3.40a、0.88H-1.75a。     

西韩城际铁路湿陷性黄土地层现场浸水试验研究

在分析西韩城际铁路沿线黄土分布特征的基础上,选取代表性场地开展现场试坑浸水试验。试验结果表明:场地实测最大自重湿陷量为46 mm,仅为室内压缩试验计算值的0.23倍;湿陷土层厚度15 m,除Q;黄土全部具有湿陷性外,Q;上部黄土亦具有湿陷性;地表水自然入渗深度超过50 m,浸润角约为40°,浸润范围约为浸水试坑直径的1.7倍。对现场实测值和室内计算值差异原因进行深入分析,得出在黄土结构未完全破坏之前,发生过湿陷的土体在特定条件下还有可能再次湿陷的结论。     

郑西客运专线黄土地基湿陷性现场浸水试验研究

在分析郑西客运专线黄土分布特征的基础上,选取8个典型工点进行黄土地基湿陷性现场浸水试验.试验结果表明:郑州至渑池段2个试验场地最大自重湿陷量为0.47～2.65 cm,属于Ⅱ级非自重湿陷性场地.渑池至西安段6个浸水试验场地最大自重湿陷量为10.4～160.3 cm,属于Ⅱ级～Ⅳ级自重湿陷性场地,黄土自重湿陷性基本服从自东向西逐渐增强的规律.自重湿陷性黄土下限深度,现场实测值一般小于取样计算值.浸湿范围、自重湿陷变形范围和裂缝发生范围,存在前者控制后者的关系.分段评价郑西客运专线沿线黄土湿陷性,提出地基处理深度、桩基负摩擦力设计深度及路基防排水宽度建议值.     

大厚度黄土湿陷特性现场及室内试验对比研究

以新建川口至大河家公路为研究对象,对古鄯服务区的湿陷性黄土进行了现场试坑浸水试验和室内试验。结果表明:试验场地黄土土体自重湿陷量的实测值与室内试验计算值存在较大差异的主要原因是湿陷性土层分布不连续;自重湿陷系数与含水率之间存在良好的线性负相关性,随着含水率的增大而减小,且土体含水率19.5%的黄土场地不具有自重湿陷性;自重湿陷系数与孔隙比之间存在良好的线性正相关性,随着孔隙比的增大而增大;该地区黄土发生湿陷的起始孔隙比为0.98。     

基于固结与回弹试验的黄土自重湿陷下限深度确定方法

针对室内湿陷试验判定的黄土自重湿陷性与现场试坑浸水试验结果差异较大的问题，本文以西安黄土为研究对象，进行了黄土的自重湿陷系数试验与回弹试验，结果显示卸荷回弹变形与自重湿陷变形间存在紧密联系。通过扫描电镜试验、压汞试验等分析了不同压力下回弹变形与黄土微结构间的关系。应力较小时回弹变形较大，浸水附加变形（湿陷变形）以弹性为主并在卸荷后完全恢复，土体结构保持稳定；应力较大时回弹变形极小，浸水附加变形在卸荷后无法恢复，土体结构明显破损，黄土发生湿陷。在理论分析与试验结果的基础上提出了一种判定黄土自重湿陷下限深度的方法。黄土自重湿陷系数试验后，若土样卸荷回弹稳定高度大于浸水前固结稳定高度，则黄土不具自重湿陷性，反之则具有自重湿陷性，具有自重湿陷性的最大土层深度即自重湿陷下限深度。经工程实例验证，本文方法的判定结果与现场试坑浸水试验结果一致。     

黄土隧道围岩湿陷衬砌结构力学响应分析

针对湿陷性黄土隧道围岩浸水后工程力学性质劣化导致的衬砌结构病害问题,考虑黄土围岩浸水湿陷过程中隧道围岩压力增大及围岩约束软化的特点,提出围岩浸水湿陷前后围岩压力及基床系数的变化取值计算方法,建立基于荷载-结构模型的黄土隧道围岩浸水湿陷衬砌结构力学响应分析方法。以曾开展现场试坑浸水试验的黄土隧道为对象,对隧道围岩浸水湿陷引起的衬砌结构内力变化及承载安全状态进行计算分析,结果表明,黄土围岩浸水湿陷会引起衬砌结构内力显著增大和分布形式变化,特别是仰拱中部和墙脚端部弯矩值增大2.5～3倍,相应部位截面承载安全系数可降低至1以下,发生拉裂破坏,衬砌结构设计中应予以加强。模型计算结果与现场实测结果相吻合,验证了该分析方法的合理性,可为湿陷性黄土隧道衬砌结构冗余设计提供参考。     

用变形模量计算黄土自重湿陷量方法探讨

采用室内试验计算法与现场试坑浸水试验所得到的黄土自重湿陷量存在较大差异,故提出依据变形模量计算黄土自重湿陷量的方法,并用实际工程对该算法进行验证。用变形模量计算黄土自重湿陷量为333. 6 mm,野外试坑浸水试验的实测值为380. 5 mm,两者接近。从工程的角度而言误差较小,说明该计算方法有一定的理论价值。自重湿陷底界深度是计算中的重要参数,其测试比较困难,论文对其研究方法提出了建议。     

湿陷性黄土地区新建铁路与水渠合理避让距离研究

黄土具有垂直节理发育、透水性好、遇水易湿陷和较强水敏性工程特征。本文在对比分析中兰铁路典型不同成因黄土物理力学性质的基础上，开展现场浸水试验，对不同成因黄土场地新建铁路与长大干渠合理避让距离进行研究。试验结果表明：当黄土渗透系数大于10^-4 cm/s、砂粒含量较大且结构疏松、孔隙发育时，铁路路基边坡外缘与水渠合理避让距离不小于20 m,对沉降敏感的高速铁路安全避让距离原则上需大于30 m;当黄土渗透系数小于10^-5 cm/s、砂粒含量较少且黏粒含量较高时，铁路路基边坡外缘与水渠合理避让距离不小于15 m。该研究结论对湿陷性黄土地区铁路工程地质选线具有一定参考价值。     

基于桩土相对位移特征的深厚湿陷性黄土地区桩基承载力计算方法

湿陷性黄土地层桩基中性点不易准确把握，会导致部分工程实测负摩阻力高于规范参考值。针对这一问题，本文基于现场浸水试验，提出一种依据湿陷性土层厚度确定桩基负摩阻力分布新方法——相对位移法，并进行了验证。结果表明：浸水试验场地累计沉降随着深度的增大而减小，深度为0～15 m时土体湿陷较为充分，15 m处接近饱和自重应力界限，15 m以下土层湿陷不充分，土中竖向应力增长幅度较小，22 m以下土层基本不发生湿陷；经验参数法与相对位移法计算得到的桩基承载力分别为2 926.5、3 251.6 kN，相对位移法得到的桩基承载力更能反映桩基承实际载能力，用于深厚湿陷性黄土地区桩基设计能兼顾安全性与经济性。     

实际浸水环境下黄土湿陷性分析与浸水环境分级

研究目的:分析实际环境条件下黄土的浸水条件与机理,确定各种自然及人工环境下最不利的饱和湿陷土层厚度,根据环境对黄土浸水程度的影响差异对场地浸水湿陷环境进行分级.研究结论:黄土场地的实际湿陷厚度由多种因素决定,最主要受浸水条件的控制,具体浸水环境条件下的实际湿陷厚度,由降水、地表水入渗、地下水位升高三部分构成.经验和计算表明,在自然状况下大部分地带浸水厚度明显小于可湿陷土层厚度,以浸水湿陷厚度代替可湿陷土层厚度为依据采取工程措施可以较显著节省工程量及费用.     

浅谈多丰铁路湿陷性黄土路基处理措施

多丰铁路途经潮河河谷岸坡地区分布有黄土,沿线路长度46.6 km,埋深地表下3~10 m,大部分为非自重湿陷性场地,湿陷等级轻微至中等。对本段路基,除采用黄土路段的一般工程措施外,再采用灰土挤密桩加固地基,路堤在基底(两侧排水沟外缘外1 m)范围内、路堑在路基面(含侧沟及侧沟平台)范围内,使用灰土挤密桩进行加固。     

不同浸水方式对黄土地铁隧道变形影响研究

以兰州地铁1号线拱星墩~焦家湾区间暗挖黄土隧道工程为背景,利用MIDAS-GTS软件,采用密模修正法,针对自上而下浸水(地表积水入渗)型、自下而上浸水(地下水位抬升)型2种模型分别建立有限元数值模型,模拟隧道2种浸水方式对隧道变形的影响。研究结果表明:浸水方式的不同并没有改变地面最终沉降量。2种浸水方式地表沉降均发生突变,"自下而上"的浸水方式地表沉降发展速率更快,深层黄土的湿陷更具危险性、更不利于地铁隧道的沉降监测预警及防控。     

3种常用地基处理方法在黄土区高铁地基中的适用性研究

对分别采用柱锤冲扩桩、挤密桩和强夯处理的湿陷性黄土区高铁路基试验段地基开展堆载预压沉降变形观测及持续浸水试验,研究这3种地基处理方法在高速铁路建设中的适用性。结果表明:3种方法处理后的地基总沉降均主要来源于地基处理深度以下;柱锤冲扩桩和挤密桩处理的地基分别在堆载预压3个月和6个月时的剩余沉降量便可满足高铁对路基的沉降控制要求,而强夯处理的地基至堆载预压258d时的剩余沉降量仍然未能满足要求;3种地基处理方法均能较好控制持续浸水条件下地基处理深度范围内的沉降变形。可见,柱锤冲扩桩和挤密桩2种地基处理方法对沉降的控制效果好,适用于黄土区高铁的地基处理,并建议柱锤冲扩桩和挤密桩2种地基处理方法分别在下陷深度不超过20和15m的湿陷性黄土场地使用;强夯结合CFG桩的地基处理方法在湿陷黄土下限深度小于6m的场地使用。     

湿陷性黄土铁路路基原位浸水试验研究

在湿陷性黄土铁路路基试验段,运用大型原位浸水试验,研究路基浸水后柱锤冲扩桩和挤密桩地基的浸水规律以及地基土湿陷对路基沉降的影响.研究结果表明:柱锤冲扩桩和挤密桩地基分别在浸水60和50d时,浸水附加沉降发生突变;浸水约19 d浸润角达到最大,因此路基坡脚附近因降雨或其他原因形成的积水滞留时间不应超过19 d;浸水87 d柱锤冲扩桩路堤的沉降量为1.7～5.1 mm,挤密桩为26.2～51.3 mm;长时间持续浸水后柱锤冲扩桩路堤的总沉降量仅为3.8～7.4 mm,而挤密桩路堤的总沉降量则高达62.3～103.1mm,因此在实际工程中,一定要加强挤密桩路段的防排水措施,避免局部积水,以保证行车安全;未处理湿陷性黄土地基的浸润角为38°～42°,故建议在湿陷性黄土地区修建铁路时,距路基坡脚一定范围内不能有鱼塘、水池等长期积水设施.     

郑西客运专线黄土隧道施工地表裂缝调查分析

针对郑(州)西(安)铁路客运专线黄土隧道施工产生地表裂缝情况,调查了13座黄土隧道施工地表裂缝状态,开展了高密度电法、探地雷达、地震反射波、地震映像和面波勘探5种方法地表裂缝深度测试,进行了裂缝深度和裂缝面方向坑探实测,提出浅埋黄土隧道施工地表裂缝分布和深度规律。     

胶济客运专线青州取直段黄土质粉质黏土的特殊性及工程对策

胶济客运专线青州取直段的第四系冲积成因湿陷性黄土质粉质黏土具有分布不连续，且在地表一定深度范围内承载力低，湿陷差异性大等特点；只有采用综合勘察手段，查明黄土质粉质黏土的空间分布范围及其湿陷特性，才能提供合理、有效的工程处理措施对策，防止路基产生不均匀沉降。提出了灰土挤密桩加固、强夯加固的工程措施。     

浅埋大断面黄土隧道地表裂缝特征及形成机理浅析

地表裂缝是浅埋黄土隧道常见的工程灾害之一,通过现场调研和理论分析,对董志塬区长段落浅埋大断面黄土隧道地表裂缝的特征和形成机理进行初步总结,并提出针对性施工建议。结果表明:黄土隧道地表裂缝沿隧道中线向两侧呈对称分布,地面整体呈"锅底状"下凹形。地表裂缝宽度与隧道埋深呈负相关,裂缝间距与隧道埋深呈正相关。隧道埋深分别在20,50～60 m内时,地表裂缝间距分别为1.5～2.1倍、1.9～3.5倍洞径。地表裂缝发育主要经历"孕育期-急剧变形期-平稳期"三个阶段。降雨当天及降雨后1～3 d内,地表沉降变形量达到稳定变形量的50%以上,降雨量对地表变形及地表裂缝的发展具有一定的"预兆性"和"前瞻性"。黄土隧道地表裂缝主要是由于开挖扰动而形成的潜在滑动楔形体向隧道内部临空面滑动、黄土层内的洞穴裂隙等压缩沉降、洞顶上覆土体自重与支撑体系强度不平衡等因素综合导致的。     

银昆高速公路湿陷性黄土地基水泥土挤密桩处理试验研究

水泥土挤密桩复合地基的承载力和浸水后的时空变形特征是高速公路湿陷性黄土地基处理的重要研究课题。以银川至昆明高速公路(G85)太阳山开发区至彭阳(宁甘界)段为研究对象,采用现场载荷试验和浸水试验为手段,研究水泥土挤密桩处理后的复合地基承载力和浸水条件下的复合地基变形。研究表明:水泥土挤密桩对黄土地基的承载力改善具有十分显著的作用,随着桩数的增加,复合地基承载力特征值和群桩效应均随之增加;不同深度处的湿陷变形速率曲线规律具有明显的一致性,土体湿陷变形呈现时间早、速度快、变形量大的特点;在浸水试验试坑竖向方向和横向方向的变形分析表明水泥土挤密桩对黄土地层的湿陷变形能够起到良好的控制作用。     

黄土塬区浅埋暗挖隧道慢坡段施工期围岩变形特征分析

黄土塬区浅埋隧道慢坡段由于距地表边沟、冲沟距离不等,围岩压力分布不均,难以形成自然拱,给施工带来诸多风险。选取银西高速铁路黄土塬区上阁村隧道典型浅埋慢坡段断面为研究对象,分析了施工过程中围岩应力、含水率、洞内变形及地表沉降的变化规律。结果表明:围岩初期支护应力分为增长-波动-稳定3个阶段,其收敛期约在开挖后84 d;围岩含水率先增长后趋于稳定,收敛期约在开挖后118 d;拱顶下沉量是净空水平收敛量的2～3倍;地表沉降影响范围为距隧道中线约18 m以内。     

盾构法地铁隧道施工引起的地表变形分析

以南京地铁1号线许府巷—南京站区间隧道为背景,结合现场监测数据及各项掘进参数设置,对土压平衡盾构在富水饱和粉土、粉砂夹细砂、粉细砂地层中掘进引起的地表变形过程和分布规律进行分析,并使用有限差分法程序FLAC3D对考虑盾构施工工序、地下水位、土仓压力和注浆等因素的地表变形进行模拟计算分析。实测分析结果表明地表变形特征为:沉降速率大,测点最大沉降速率在-12~-15 mm.d-1之间;地层稳定快,盾尾脱出2~3 d后地层即趋于稳定;影响范围小,盾构掘进对隧道纵向地表的扰动在刀盘前方约10 m至盾尾后方16~20 m的范围内,横向地表沉降主要分布在隧道中心线两侧各5~7 m的范围内,地表距中心线20 m以外几乎不受影响。模拟计算地表沉降分布结果与实测数据基本吻合。