高速铁路非饱和土地基处理技术

通过分析室内固结试验成果,对非饱和土的水土特性及固结压缩特性进行研究,进而结合现场沉降测试结果对各类加固工法下非饱和土地基的沉降规律展开讨论。研究表明,虽然地基土的最终沉降量只与土体的压缩模量有关,但是非饱和土体的瞬时沉降受饱和度影响显著。从固结稳定时间上看,非饱和土的固结时间与饱和度有密切关系,低饱和度下,固结时间随着饱和度的增加而延长,当饱和度超过82.8%时,固结时间随着饱和度的增加而减小并最终趋近于饱和土的固结时间。采用双曲线模型预测地基土的最终沉降量,对不同工法加固非饱和土地基的加固效果进行评价,可以看出,强夯、换填和短水泥搅拌桩加固非饱和土地基完全满足高速铁路路基沉降控制要求。     

长益城际宁乡Q2网纹黏土工程地质特性研究

研究目的:长沙至益阳城际铁路宁乡境内广泛分布Q2网纹状红黏土,这种土体性质有很强的区域性,城际铁路对路基的沉降变形控制十分严格,所以针对此类路基如何采用合理的处理方法是一个关键问题.为了全面了解宁乡Q2网纹状红黏土的工程性质,结合现场地质调绘、钻探、原位测试及室内试验,对土体的形态成因、物理性质、强度特性、变形固结特性以及膨胀特性进行系统的探讨,为路基设计提供可靠的依据.研究结论:网纹状土是在湿热的气候条件及多水的环境下,红黏土经多次淋溶沉淀作用而形成;网纹土的孔隙比比一般黏土要大,饱和度一般低于90％,为非饱和土;液限及液性指数较高,为高液限土;天然状态下网纹土的强度较高,一般处于硬塑～坚硬状态,承载力可达200 kPa;网纹土属于中压缩性土,下层网纹土压缩性比上层土要高;网纹土是典型的超固结土,表层的超固结比达到15.4;网纹土一般为弱膨胀土.     

固结压力对泥岩填料孔隙分布及土水特征曲线的影响

为研究固结压力对泥岩填料孔隙分布以及土水特征曲线（SWCC）的影响，以非饱和泥岩填料为研究对象，采用压汞试验分析不同固结压力作用下的土体微观孔隙分布，探究孔隙随荷载的演变规律，并结合毛细原理提出基于压汞实验计算SWCC的方法。结果表明：土体中收缩孔隙的存在使得进-退汞曲线表现出显著的滞回性，且瓶颈效应使得压汞试验中土体小孔隙分布密度偏大，大孔隙分布密度偏小；选择分形曲线的转折点作为泥岩填料孔隙划分界限，可将其孔隙划分为5个部分，孔隙含量的变化以大中孔隙体积被压缩为主，小微和超微孔隙几乎不受固结压力的影响；干密度为1.5 g·cm—3时不同固结压力作用下的土水特征曲线可采用对数曲线表示。     

盾构施工引起土体超孔隙水压力消散问题的研究

基于Terzaghi-Rendulic二维固结理论,将土体视为饱和弹性介质,采用保角变换的方法将含有圆环(隧道)的半无限空间区域映射为圆环域,建立衬砌在不透水的情况下隧道周围土体超孔隙水压力分布的控制方程。采用分离变量法对该控制方程进行求解,得到处于饱和弹性土体中隧道周围土体超孔隙水压力消散的解析解。结合算例分析不同隧道埋深的情况下隧道顶部及水平向超孔隙水压力随时间变化的情况,以及埋深一定时隧道上方土体超孔隙水压力的变化规律。研究结果表明:隧道埋深越深,周围土体中超孔隙水压力的消散速度越慢;在开始阶段超孔隙水压力消散速度较快,随着时间的推移消散速度逐渐减慢;隧道周围土体水平向超孔隙水压力的消散速度要比竖向的消散速度快;隧道上方土体距离隧道越近,超孔隙水压力的消散速度越快。     

胶济客运专线非饱和原状粉质黏土固结试验

饱和度的高低是影响非饱和土固结变形特性的重要因素.针对不同饱和度的原状粉质黏土进行固结试验,得到粉质黏土的应力-应变及变形-时间的关系曲线,在此基础上综合分析应力、应变和时间三者之间的关系,进而对非饱和原状粉质黏土和浸水饱和后粉质黏土的固结压缩特性进行研究.     

考虑屈服应力的非饱和土土水特征曲线研究

利用非饱和土固结仪进行控制基质吸力条件下,净竖向应力逐渐增大的固结试验,得到不同基质吸力条件下土体的屈服应力;进行净竖向应力为屈服应力时,不同基质吸力条件下的固结试验,通过对试验过程中排出水量的测试,计算出不同基质吸力条件下的稳定含水率,进而得到屈服应力条件下土体的土水特征曲线;利用土体孔隙分布的分形模型对土水特征曲线进行拟合。研究结果表明:屈服应力是影响非饱和土土水特征曲线的重要因素,屈服应力下土水特征曲线明显分为3个区段;同时,屈服应力下土水特征曲线具有良好的分形特性。     

真空预压下软土地基的固结特性和沉降计算方法

地基在真空排水预压条件下产生负的孔隙水压力,但其沉降计算是将膜下真空度作为等效荷载作用于地基上,按照堆载预压沉降计算方法进行的.因此,研究负孔隙水压力下土体的三向固结特性与沉降计算方法具有重要意义.对负孔隙水压力下的典型饱和软黏土样进行三向固结试验和标准固结试验,并将试验结果进行对比分析.建立真空排水预压固结微分方程,...     

超固结土三轴率敏性特性及影响因素分析

为建立超固结土的弹黏塑性本构模型并预测其长期变形,研究土体不同应力历史的时间相依变形特性,采用土体率敏性三轴试验,对预加800k Pa有效应力历史的饱和黏土开展不同加载速率下的三轴剪切试验,并通过改变有效围压(50,100,200和400kPa)、细砂含量(占比0%,10%和20%)和加载速率(0.5625%/min,0.037 5%/min和0.002 5%/min)等方式,深入探讨超固结比、黏性以及应变速率对土体变形特征的影响,引入能通过试验测定的应变率参数ρ来表征黏土率敏性大小。试验结果表明:归一化不排水抗剪强度随超固结比(OCR)单调递增;随着OCR的增大,土体剪胀软化越明显;应变速率与土体的抗剪强度呈半对数线性关系;随着含砂的降低,土体的黏性增大,剪胀软化也越明显;率敏性随超固结比的增大而增强,土体黏性越大率敏性就越显著。     

Magnan一维固结模型及应用

Ｍａｇｎａｎ提出的一维固结模型除一维应变外，未保留任何太沙基经典理论中的初始假设。它能考虑参数ｅ０，ｅ，Ｋｖ，ｄａ／ｄｅ是土层厚度Ｚ和固结时间ｔ的函数；地基的分层性；土骨架的变形；非饱和状态和孔隙流体的压缩性等。为了在实际工程中应用Ｍａｇｎａｎ的一维固结模型，作者编制了计算机程序。本文介绍该程序在理论研究和现场实测结果分析两方面的应用情况。     

高铁沿线地下水位动态变化引发的成层弱透水层固结研究

采用Laplace变换和传递矩阵法推导高铁沿线地下水位动态变化引发的成层弱透水层固结变形的解析解,通过与ABAQUS数值计算结果对比验证解析解的正确性。利用解析解对某高速铁路沿线成层弱透水层的固结性状进行研究,计算地下水位动态变化下土层的固结变形量、变形速率和超静孔隙水压力随时间的变化,并分析土层压缩模量和渗透系数对土层固结变形的影响。研究结果表明:随着地下水位降低,土层中孔隙水压力逐渐降低,土层固结变形量和变形速率逐渐增加;当地下水位保持稳定后,土层固结变形速率逐渐降低,但土层仍持续较长时间的固结过程;土层压缩模量越大,土层系统总沉降量和沉降速率越小;土层渗透系数越大,土层总沉降量越大,水位稳定后土层系统完成固结的时间越短。     

盾构隧道同步注浆浆液压力消散规律研究

基于达西定律、力学平衡原理和广义虎克定律,推导盾尾空隙内浆液的固结方程,以软土地区典型的盾构隧道同步注浆参数为例,分析浆液压力消散规律。结果表明:浆饼(浆液固结层)厚度与土体剪切模量、泊松比成反比,与注浆压力成正比,与浆液固结前后孔隙比的变化密切相关;不计地层渗流阻力影响时,浆液压力的消散与浆饼厚度的形成主要集中在浆液注入盾尾空隙后的2.1h以内;地层渗流阻力可以延缓浆液的固结过程,但不能影响其最终固结状态;土体剪切模量的增大有利于促进浆液压力的快速消散;孔隙水压力的增大能明显抑制浆液压力的消散;注浆压力的增大对初始时刻浆液压力的消散具有明显的促进作用,但却会相应延长压力消散的时间。     

真空动力固结法在迁曹铁路软基处理中的应用

真空动力固结法是将强夯技术和真空降水相结合,利用真空降水加速强夯过程中超静孔隙水压力消散和孔隙水排出,提高土体强度、降低其压缩性的一种地基加固方法。其特点是：施工操作简单,工效高、施工周期短,加固效果显著。介绍迁曹铁路软基处理中应用的真空劲力固结方法,为类似工程提供借鉴。     

强夯法加固铁路松软土地基现场试验研究

结合强夯法加固铁路饱和松软土地基的现场测试试验,研究强夯过程中地层孔隙水压力的增长和消散规律、孔隙水压力的空间分布特征、地表位移和地层深处沉降的变化规律以及加固后的地基承载力。结果表明,强夯荷载作用下,孔隙水压力的影响范围可以达到水平距离4.75m和深度6m,在第1遍和第2遍强夯作用后经过约4～6d,孔隙水压力消散率能达到90%以上;同时,土层较深处的沉降量也十分显著,在第1遍强夯荷载作用后,3.8m深处的沉降量可以达到10.7cm。因此,用强夯法加固饱和松软土地基可行,加固后的地基承载力特征值可达240kPa。     

砾类土在循环荷载作用下的变形影响因素试验研究

砾类土是新疆铁路和公路常用的路基填料,为了控制和减小砾类土路基的沉降,首先需要明确各因素对该类路基在循环荷载作用下的变形影响规律。通过动三轴试验研究围压、初始静偏应力、循环荷载作用频率、循环荷载大小和固结比对砾类土累计塑性变形的影响规律,得出其累计塑性应变随着初始静偏应力、循环荷载大小的增加而增大,随着围压、荷载作用频率和固结比增加而减小。同时计算各影响因素对累计塑形应变的极差,得出影响因素对累计塑形应变影响的大小。在路基施工时,可以通过提高路基的围压,同时使路基充分固结来减小路基的营运沉降。提出一种针对砾类土应变较小时的塑性累计变形模型,并验证模型的正确性,可为新疆砾类土路基的设计和施工提供参考。     

蒙辽客运专线粉砂地基固结压缩特性的三轴试验研究

依托新建通辽至京沈高铁新民北站铁路路基工程,对细颗粒含量分别为10%、15%、30%和40%的中密状态粉砂开展一系列室内固结不排水三轴试验研究,通过试验研究不同细颗粒含量粉砂在不同围压条件下的应力-应变关系、孔隙水压力的涨消发展模型及初始剪切模量的发展规律,揭示细颗粒含量和围压对中密状态粉砂应力-应变关系、孔压演化特性及初始剪切模量的影响规律。结果表明:空间应力状态下的不同细颗粒含量中密粉砂的应力-应变关系曲线以硬化型为主,符合增长型双曲线模式,且随着围压的增加,应力-应变关系曲线呈现强硬化状态,随着细颗粒含量的增加,应力-应变关系曲线呈现弱硬化状态。孔隙水压力的变化表现为随剪切的发展先经过一段上升过程,达到峰值后又开始下降,且随着细颗粒含量的增加,围压的增大,孔压的峰值越高,孔压消散速度降低,剪切完成后的残余孔压越大。初始剪切模量与围压呈正相关,即随着围压的增大而增大。同时,运用ABAQUS有限元程序建立计算机模型模拟试验,进一步验证上述分析结果的真实性与可靠性。     

不同加载频率及循环应力水平对人工冻融软土动力特性影响试验研究

近年来冻结法作为一种提高土体强度的手段被广泛应用于地铁隧道施工中,然而在列车循环荷载作用下冻土融化后会产生较大变形,影响地铁列车的运营安全。基于室内动三轴试验,研究列车加载频率、应力幅值和固结压力对冻融土体动孔压及应变的影响,得到地铁列车循环荷载下冻融软土的动力特性规律。试验研究表明:冻融后土体强度显著降低,且由于列车循环荷载作用会发生更大程度的下降。在地铁不同频率荷载下,其加载频率越低,动孔隙压力值越高,冻融后软土应变增幅明显。在相近循环应力比下,固结压力比应力幅值对冻融土动力特性影响更大。同时,基于试验数据,建立地铁列车循环荷载作用下的冻融土孔压累积模型,模型预测值与试验值较为吻合。     

京沪高速铁路阳澄湖段软土的蠕变特性和次固结特性试验研究

基于京沪高速铁路阳澄湖地区原状软土的一维固结试验,探讨该地区软土非线性蠕变变形特性。研究先期固结压力、应力水平、加荷比、加载时间以及超载预压对次固结系数Ca值的影响,得到该地区软土Ca与Cc值之间的关系。试验结果表明:该地区软土在相同的应力水平条件下,加荷比大的土样蠕变变形更小,增大加荷比可以减小次固结系数;经预压处理后,土样的次固结系数Cα与预压力p和预压时间密切相关,超载预压可以减小软土的次固结系数,进而能够有效减少工后次沉降;加载的时间间隔对次固结系数有较大影响,加载时间间隔越长,次固结系数越小,主固结和次固结的区分越不明显;次固结系数与先期固结压力无明显相关,Ca和固结压力p可用双曲线拟合;试样的次固结系数Ca与压缩指数Cc之间呈现良好的线性关系,Ca/Cc值的范围在0.018～0.035之间。     

富水地层盾构掘进下近接桩-土力学响应分析

基于富水地层透水性强、土层强度低等特性,运用盾构技术进行隧道施工造成的土层变形、临近桩体扰动等负面现象尤为突显。为探明渗流影响下由盾构掘进引起的孔压变化、桩-土响应规律,以某盾构隧道工程为依托,采用有限元数值分析方法,阐明盾构隧道在流-固耦合作用下的孔压分布、桩-土内力及位移发展形式。研究结果表明:(1)与未考虑地下水作用相比,渗流场影响下的桩体与地表土层沉降明显加剧,其沉降最大增幅分别达32.18%、31.95%;(2)盾构隧道下穿建筑桩基施工,对桩体内力值影响较大,桩体下部轴力沿埋深增长并产生负摩阻力,较大程度地抑制桩体性能发挥;(3)隧道防水失效下,周边围岩内部孔隙水压力于1倍隧道直径范围内呈现剧烈衰减,并沿水平向出现明显孔压降压带。     

原状湿陷性黄土的结构性本构模型

研究目的:黄土的应力和含水率状态对应着一定的结构状态,微观结构性的改变,引起宏观力学性状的改变。湿陷性黄土在力与水的共同作用下,产生原生结构性的损伤和湿陷变形,对增湿和加荷耦合作用下的结构性变化规律,应力应变关系和增湿变形等力学特性的研究有重要的意义。研究结论:不同含水率和固结围压条件下原状结构性黄土的应力应变变化规律,以及由增湿、固结作用和剪切变形反映了土体结构性损伤规律;统一考虑增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,建立的反映结构性变化的非线性本构模型,能够描述应变软化和硬化型应力应变关系曲线,实现了土的结构性与其本构模型研究的统一。