关于有荷膨胀率试验的思考

通过对有荷膨胀率试验及计算方法的介绍与分析,指出按现行试验方法计算出的有荷膨胀率指标δep未能充分反映样品及地基土的有荷膨胀性状况,并且试验中影响因素较多,难以保证试验值的准确性。提出有荷膨胀率试验应补充一项有荷压缩膨胀率指标δavp,以充分反映土样的实际状况及工程特性。     

蒙巴萨膨胀土抗剪强度衰减特性研究

研究目的:蒙内铁路在蒙巴萨地区以深路堑形式穿越大面积的膨胀土地段,由于膨胀土具有强胀缩性、裂缝性、强度衰减等特殊工程性质,对铁路的安全运营产生较大影响。蒙巴萨地区为热带草原气候,雨量充沛,光照充足,膨胀土易在大气干湿循环作用下发生抗剪强度的衰减,造成路堑边坡的失稳。因此,有必要对膨胀土在干湿循环作用下抗剪强度的衰减特性进行研究,从而为路堑边坡的防护与治理提供参考和借鉴。研究结论:(1)干湿循环效应使土体抗剪强度降低,其中黏聚力随干湿循环次数和含水率变化范围的增加而降低,黏聚力和内摩擦角均随试样含水率的增加而降低;(2)膨胀土的黏聚力随干湿循环次数的增加而降低并逐渐达到稳定值,稳定值大小和达到稳定时的干湿循环次数与含水率的变化范围相关;(3)膨胀土抗剪强度衰减主要是由于土体内部裂缝发育和土颗粒间相互作用减弱;(4)本研究成果对肯尼亚膨胀土路堑边坡的防护和治理具有一定的参考意义。     

印尼Karawang地区泥页岩路堑边坡破坏模式及对策

研究目的:泥页岩是一种典型的膨胀性沉积地层,工程地质条件及力学性质较差,路堑边坡稳定性控制问题突出。雅万高铁在Karawang地区穿越泥页岩地段,路堑开挖后经历1～2个雨季后遇水软化、加速崩解,发生多处变形破坏,对工程建设产生较大影响。因此,有必要开展泥页岩路堑边坡破坏模式及对策研究,为该地区及类似地区泥页岩边坡治理与防护提供参考。研究结论:(1)海相沉积路堑边坡具有黏土-泥页岩二元结构,强度低、易崩解;(2)边坡破坏类型包括浅层溜塌、顺层滑动、坍塌,具有顺层性、季节性、平缓性、浅层性、滑面形态多为折线形的特点;(3)检算时需考虑抗剪强度的折减,采取适宜措施,加强排水,随挖随护;(4)滑坡治理可采取设置抗滑桩、支撑渗沟、仰斜排水孔、土工格栅、换填非膨胀土等措施;(5)本研究成果已用于雅万高铁泥页岩路堑滑塌治理,可为本地区及类似地区设计积累经验,同时可为规范修编提供参考和借鉴。     

高液限膨胀性黏土化学改良试验研究

印尼雅加达至万隆高速铁路路堑挖方以不同膨胀等级的黏土、泥岩为主,黏土的液限和有机质含量较高,国内尚无将该类黏土改良用于高速铁路填筑的先例,为充分利用路堑挖方,降低路基工程造价,对高液限膨胀性黏土进行了化学改良室内试验.试验结果表明:雅万高速铁路沿线黏土平均含水率为42.3％,液限为64.5％,塑性指数为27.7,自由膨...     

吉图珲客专膨胀土工程特性试验研究及应用

随着铁路建设逐渐向膨胀土地区延伸,膨胀土路基工程的稳定性常常成为工程建设的瓶颈。本研究以吉图珲客专膨胀土为背景,通过膨胀土的室内工程特性试验研究,得出两类膨胀土的基本物理特性指标,并且得出两类膨胀土的抗剪强度与垂直压力呈正相关,抗剪强度指标均随着含水率增加而降低,无荷膨胀率都是伴着含水量的增大而不断减小,伴着压实度的增大而逐渐增大。通过对其工程特性试验的研究,为膨胀土边坡稳定分析参数选取、膨胀土深路堑边坡加固措施的选取以及加固措施的有效性评价提供依据。其研究方法可供类似工程借鉴。     

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。     

肯尼亚蒙巴萨地区膨胀土特性试验与边坡防护研究

本文通过室内膨胀率试验和剪切试验,探究了肯尼亚蒙巴萨地区重塑膨胀土的膨胀特性和抗剪强度特性,分析了初始含水率、初始干密度及干湿循环效应对其特性的影响,并提出针对该地区膨胀土边坡防护工程的相关建议。研究表明:(1)随膨胀土初始干密度的增加,膨胀率呈线性关系增大,黏聚力呈指数关系增大;(2)随膨胀土初始含水率的增加,膨胀率呈分段线性关系降低,黏聚力和内摩擦角呈线性关系降低;(3)干湿循环效应使得土体黏聚力出现大幅度的衰减。     

石灰改良泥岩风化物工程性质试验研究

泥岩因其膨胀性及水稳性极差,不宜直接作为路基填料。通过一系列的室内试验,研究了大(塔)马(场壕)何(家塔)铁路石灰改良泥岩风化物作为路基填料的可行性。试验结果表明:经石灰改良后泥岩风化物的黏粒组含量减小,粉粒组含量增大;自由膨胀率、线膨胀率均呈明显减小趋势;无侧限抗压强度、抗剪强度显著增加,经一段时间养护后其抗压、抗剪强度又得到提升。石灰改良泥岩风化物的各项性能均得到很大改善,满足路基填料的要求。综合考虑经济、改良效果等因素,建议采用8%的掺灰率改良该标段的泥岩风化物。     

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。     

炭质泥岩工程力学特性试验研究

研究目的:路基沉降问题一直是交通运输行业关注的重点。近年来,在西南山区公路、铁路建设中相继发现炭质泥岩这类特殊岩土,炭质泥岩亲水性强,受水后软化效应明显,这给沉降控制标准极高的高速铁路后期运营带来极大危害。本文结合桂广铁路某车站炭质泥岩段路基沉降治理工程,在室内通过物理、水理及力学性质试验,结合扫描电镜(SEM)试验研究该炭质泥岩的工程力学特性。研究结论:(1)炭质泥岩干密度越大,其膨胀率、膨胀力也越大;含水率越大,其体积收缩越明显,缩限含水率为7. 2%～8. 5%;(2)炭质泥岩颗粒呈多边形、面积较大的薄片状颗粒,浸水后颗粒崩解、面积减小,大孔隙明显增多;(3)炭质泥岩浸水前表现出明显的剪胀特性,浸水软化后表现为剪切压密,浸水软化前后其黏聚力和内摩擦角分别为112. 7 k Pa、4. 5 k Pa和29. 9°、8. 1°;(4)炭质泥岩软化后的压缩变形量接近浸水前的19. 6倍;浸水软化前后的压缩模量E_(s,1-2)分别为13. 0～15. 0 MPa和3. 0～5. 0 MPa;(5)本研究结果可为炭质泥岩地层的在建和拟建交通工程的设计与施工提供借鉴或参考。     

路基膨胀引起轨道上拱响应特征研究

通过对高铁无砟轨道的钢轨上拱问题进行数值模拟,研究3种工况(基床底层、泥岩地基、基床底层+泥岩地基)不同膨胀率变形情况下,钢轨产生的上拱位移以及膨胀应力响应规律。研究结果表明:对应3种工况下膨胀率为0.15%,0.06%和0.04%时的钢轨上拱量接近高铁轨道可调节的临界值,并发现由路基结构膨胀引起的钢轨上拱病害的空间分布仅与路基结构层发生的膨胀范围有关,而与膨胀变形的程度与发生膨胀变形的结构层位无关。进一步分析发现,由于钢轨与轨道板之间的牢固连接,在路基膨胀段与非膨胀段的共同作用下钢轨上拱拱顶与拱脚处分别表现为全截面受拉与全截面受压的应力状态,同时3种工况下当膨胀率小于0.5%时,各结构层的膨胀率与钢轨的上拱位移以及轴向主拉应力均呈现良好的线性关系。     

膨胀土干湿循环试验研究

研究目的:通过中等膨胀土扰动击实样品的不同干湿循环路径,进行1~12次的干湿循环试验,探讨抗剪强度、膨胀率、膨胀力与干湿循环路径、循环次数的关系,明确干湿循环的试验条件以及干湿循环特征循环参数,从而为膨胀土边坡稳定性分析提供干湿循环试验依据。研究结论:(1)中等膨胀土扰动击实试样的干湿循环试验,随着干湿循环次数的增加,抗剪强度随之减小,经过5次干湿循环后,抗剪强度收敛趋于稳定;(2)经干湿循环后,膨胀土的膨胀率和膨胀力均具不可逆性,随着干湿循环次数增加而随之减小,5次干湿循环后膨胀率和膨胀力收敛趋于稳定,5次干湿循环可以作为干湿循环试验的特征循环参数;(3)本研究成果可作为干湿循环的标准试验方法,为膨胀土边坡稳定性分析提供依据。     

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。     

高铁路基智能微渗保润技术应用效果研究

研究目的:采取有效措施预防和治理荒漠化环境对高铁线路运营安全的威胁是亟待研究的重大铁路工程问题之一。以宁夏地区荒漠化为背景,对智能微渗保润技术在高速铁路沿线路基边坡荒漠化防治中的应用效果进行客观评价,为荒漠化地区高速铁路沿线生态环保工程建设提供科学依据。研究结论:(1)智能微渗保润技术作为一种创新技术成功应用到高铁路基边坡水土保持及沙害防治领域中,是荒漠化地区高铁路基沿线防沙治沙的一项新技术、新方法;(2)智能微渗保润技术可以明显改善路基边坡土壤的水分、养分条件,为植被生长提供必要的基础环境;(3)相对于普通养护条件,智能微渗保润维养系统试验段路堤边坡植被的成活率、密度、盖度、株高等均得到大幅度提升,既能达到防沙治沙的生态环保目的,又能起到良好的景观效果;(4)本研究成果可为荒漠化地区高铁路基沿线的风沙防治与生态环保提供参考。     

压实全风化红层泥岩填料力学特性及其影响因素

将全风化红层泥岩压实后用作高速铁路路基填料可以有效缓解西南地区优质填料缺乏的现状，但前期变形路径对压实全风化红层泥岩填料力学特性的影响规律尚不明确。为此，采用一维膨胀试验、直剪试验及压汞试验，研究前期变形路径对压实全风化红层泥岩填料力学特性的影响规律，并揭示其影响机理。结果表明：压实全风化红层泥岩填料在浸水后的膨胀变形可分为初次膨胀、二次膨胀及变形稳定3个阶段，初始干密度越大、初始含水率越低、竖向荷载越小，膨胀率和二次变形系数越大；初始状态相同时，膨胀-固结路径下压实全风化红层泥岩填料的膨胀率和膨胀力大于固结-膨胀路径下的；前期变形路径对抗剪强度的影响较小，但固结-膨胀路径下填料应力-位移曲线由软化向硬化的过渡较膨胀-固结路径表现出明显的滞后性；固结-膨胀路径下压实全风化红层泥岩填料特征孔径比膨胀-固结路径下的分布密度更低、数量更少。     

非开挖支挡结构在高铁路堑变形治理中的应用

研究目的:高速铁路无砟轨道路基工程变形控制要求极为严格,为保证列车运营的舒适性、安全性,运营高速铁路几乎不允许路基出现任何变形。某高速铁路在运营过程中一段路堑边坡坍滑变形,严重影响其运营安全,针对该段高速铁路行车密度大、行车时速高、施工风险大的特点,提出微扰动非开挖支挡结构与风险管理相结合的处理方案。研究结论:(1)采用钢管微型桩跟管钻进潜孔钻施工后再通过锁口梁连成整体,可以有效遏制边坡变形、提高边坡稳定性,施工过程中对路基边坡扰动小,是高铁变形病害整治的一个重要原则和思路;(2)运营高速铁路变形病害整治施工风险安全等级高,将风险管理理念纳入工程设计领域,对治理方案风险因素进行了识别,并制定了详实的风险处理对策,是确保高铁变形病害整治成功的关键措施;(3)整治工程实施后路堑边坡变形得到了有效遏制,至今路堑变形稳定,实现了行车条件下高速铁路无砟轨道路堑边坡变形病害的整治,微扰动非开挖支挡结构与风险管理相结合的高铁变形病害整治技术可为今后高铁路堑变形病害治理提供参考和借鉴。     

埃塞俄比亚黑棉土胀缩特性及大气影响深度研究

研究目的:埃塞俄比亚在建亚的斯亚贝巴至吉布提铁路Sebeta-Dire Dawa段,地处东非大裂谷内,为火山喷发物覆盖,地表广泛分布黑棉土,多具强膨胀性,对铁路工程影响大。黑棉土的胀缩特性及大气影响深度直接影响路基设计措施和路堑换填深度,进而影响工程设计质量和投资。因此,有必要对黑棉土的胀缩特性及大气影响深度进行研究,为黑棉土地段路基设计提供依据。研究结论:(1)埃塞俄比亚黑棉土天然密度、干密度小,天然孔隙比大,自由膨胀率、蒙脱石含量、阳离子交换量高,含有机质(灼烧失量),多具强膨胀性等特性;(2)埃塞俄比亚雨季黑棉土在荷载作用下主要表现为压缩,旱季地表土在浸水条件下具有较强的膨胀性;(3)埃塞俄比亚黑棉土(膨胀土)地区大气影响深度为3.5 m,大气影响急剧层深度为1.6 m;(4)本文对埃塞俄比亚类似工程项目的地质勘察和路基设计具有一定的参考意义。     

襄阳地区膨胀土胀缩变形分析与加固措施设计

襄阳地区广泛分布膨胀土,既有铁路汉丹线多处地段因膨胀土变形造成路基翻浆冒泥、路基鼓胀下陷、边坡开裂失稳等病害。以襄阳地区某在建无砟轨道高速铁路工程为例,研究分析膨胀土地基膨胀变形对不同断面形式路基的工程影响,根据《膨胀土地区建筑技术规范》(GB50112—2013),采用大气影响深度法,在50 k Pa荷载条件下,试验得出有荷膨胀率并预测地基膨胀变形量。对不同挖深、不同断面形式的膨胀土路堑,研究其地基土最大膨胀变形量并有针对性地提出地基加固处理措施;结合地下水发育特征,给出膨胀土地基的防水保湿措施建议。     

改良膨胀土新线路基施工质量控制技术

膨胀土遇水膨胀、脱水干缩不能直接填筑路基,因此必须进行改良。改良膨胀土路基施工质量控制主要包括全线取土场土质调查与膨胀土物理性质试验、改良机理分析和方案选择、改良效果比较及参数确定。改良土拌和是使膨胀土与石灰产生理化反应,降低或消除膨胀性,增强水稳性和耐久性。改良膨胀土路基填筑质量控制包括基底处理、基床以下路堤与基床底层填筑、砂填层和复合土工膜铺设、基床表层级配碎石填筑、路桥(涵)过渡段路基填筑等环节。在用改良膨胀土填筑路基过程中,应对填料的液限、塑限、击实、无侧限抗压强度、无荷膨胀率、50kPa荷载下有荷膨胀率、胀缩总率、浸水72h崩解等进行复查试验。     

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。