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...     

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.     

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。     

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。     

无砟轨道膨胀土地基的泥岩膨胀变形试验

现有铁路规范中判定为无膨胀性的低黏土矿物含量泥岩仍具有膨胀性,其膨胀对变形精度要求极高的无砟轨道高速铁路具有潜在的破坏作用。以出现上拱病害的兰新二线无砟轨道地基中的低黏土矿物含量泥岩为研究对象,进行不同土样厚度和不同含水率条件下原状土和重塑土的无荷膨胀量的对比实验。研究结果表明:膨胀土的吸水膨胀过程可以分为3个阶段:吸水加速膨胀阶段,缓慢膨胀阶段,最后稳定阶段;在相同条件下,重塑土的膨胀量大于原状土的膨胀量;与重塑土相比,原状土的吸水膨胀速度较慢;土样厚度成比例增加时,最终膨胀量并不成比例增加,并且根据实验结果拟合出了在含水率和土样厚度耦合作用下的原状土和重塑土的膨胀量比值公式。     

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。     

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。     

浸水对无砟轨道膨胀土路基力学行为与变形特征的影响

降雨或地下水波动会影响列车荷载作用下铁路路基的力学与变形响应,特别是膨胀土路基.为此,以泥质砂岩混合土为膨胀性地基,A组填料为基床,建立1:2大比例高速铁路无砟轨道路基物理模型试验,通过对路基浸水分析加卸载循环作用下路基土压力与变形分布规律.试验结果表明,浸水对铁路膨胀土路基具有明显影响,基床表层底面处土压力呈明显非均...     

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。     

基于现场试验的刚-柔性基础下膨胀土变形特性研究

为研究膨胀土地基的膨胀变形响应规律,结合云桂客运专线建设,在弥勒中-强膨胀土区域选取典型工点,开展刚性基础(多压板荷载)与柔性基础(低路基)下膨胀土地基现场浸水试验,对比分析浸水后刚性和柔性基础下膨胀土地基的膨胀变形差异。试验结果表明:在较小荷载下,刚性基础与柔性基础下地基均产生明显的膨胀变形,膨胀变形量与上部荷载近似呈双曲线关系,前者的极限膨胀量约为后者的85%。对云桂客运专线试验段路基的长期监测试验表明:在自然条件下,路基较低时,地基相对膨胀量变化值随路基高度的增加而减小;路基高度超过5m时,其相对膨胀量变化值趋近于0,自然降雨对超过该填高的中-高路基下膨胀土地基的膨胀变形几乎无影响。     

高速铁路地基泥岩膨胀变形计算方法及应用研究

泥岩地区高铁地基膨胀变形病害问题突出，而目前针对结构的膨胀变形计算分析方法相对匮乏，为此提出基于热力学理论的泥岩膨胀变形湿度场理论。以西北某高速铁路地基膨胀病害工点处泥岩为研究对象，在明确泥岩吸水膨胀体变与吸水率线性关系的基础上，以热力学中吸热膨胀方程为原型，将泥岩的吸水率、线膨胀系数及渗透系数类比为稳态分析中物体的温度、热膨胀系数及导热系数，同时对泥岩中水的渗透方程和吸水膨胀方程进行推导，提出适用于高速铁路泥岩地基的膨胀变形计算方法，并通过室内试验和典型工点处长期变形监测数据对计算方法进行验证。结果表明：该方法充分考虑了泥岩的吸水膨胀特性，室内试验获得的标准样膨胀体变与计算值最大误差仅为4.3%。结合确定的渗透系数、渗透深度以及降水情况，运用该方法能够预测膨胀岩地区高速铁路地基的膨胀变形趋势，明确轨道结构的上拱变形量，可为泥岩地区高速铁路前期设计以及后期养护维修提供依据。     

不同浸水方式下泥岩膨胀变形及含水量变化规律研究

实际工程中地基泥岩当有地表水及地下水渗入时,将引起土体膨胀变形。本文以兰新高铁新疆段典型膨胀地段泥岩为研究对象,进行了单向顶部和单向底部不同浸水方式下土体膨胀变形试验,通过在土样不同深度处埋设湿度传感器测定含水量变化情况。试验结果表明:顶部和底部不同浸水方式下土体膨胀变形量随时间变化规律不同,顶部浸水时膨胀变形速度初期快,随后减慢并趋于稳定;底部浸水时膨胀变形初期缓慢,随后加速,后期减慢并趋于稳定。不同浸水方式下泥岩不同深度处含水量时程曲线变化规律相似,本文使用平均渗透系数量化不同深度范围内土体渗透性变化规律,顶部浸水时平均渗透系数随深度增加呈减小趋势;底部浸水时平均渗透系数随深度减小呈减小趋势。研究结果可为实际工程中不同浸水方式下土体膨胀变形和渗透变化分析提供理论支撑。     

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。     

路基区段双块式无砟轨道基础上拱整治技术对策

针对路基区段双块式无砟轨道基础上拱问题,通过典型基础上拱工点调研、有限元计算分析、工程实践应用,对高速铁路路基区段双块式无砟轨道基础上拱整治技术进行研究。研究结果表明:路基区段双块式无砟轨道基础上拱病害可以通过切割承轨台、切割支承层及暗挖基床技术进行整治;切割承轨台整治措施工程量小,但调整量也较小,适用于局部上拱且需应急整治的工况;支承层减薄会使得列车荷载下的结构应力集中明显,垂向压应力增加,且调整量有限,适用于变形稳定的上拱区段整治;暗挖基床整治措施工艺较为成熟,可多次作业,能根本上消除填料膨胀上拱,特别适用于基床及路基填土部分膨胀引起上拱的工点。形成的技术措施及经验可为不同线下基础高速铁路无砟轨道基础上拱整治提供借鉴。     

高速铁路路基红层泥岩填料力学特性试验研究

研究目的:本文主要研究红层泥岩的击实性质、CBR承载比、模拟路基荷载下的膨胀率、无侧限强度、三轴剪切强度及压缩模量,用以验证将红层泥岩用作高速铁路路基及基床填料的适应性.研究结果:得出了红层泥岩的最大干密度、最优含水量、浸水前后的强度及变形特性、CBR承载特性与膨胀特性等物理力学特性;结合达成新线试验段的试验研究及施工,分析了高路堤浸水前后的变形特性,提出了在实际工程中使用红层泥岩填料填筑路基的意见和建议.     

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。     

无砟轨道路基上拱偏移整治措施

我国西北地区一高速铁路无砟轨道路基发生上拱变形、路基涵洞过渡段发生膨胀,影响线路的正常运营。本文对现场情况进行调查和变形、地温监测,并通过室内试验对路基填料、地基土中易溶盐含量及其膨胀性进行分析。结果表明,硫酸盐侵蚀水泥改良填料形成钙矾石是导致该段路基上拱的主要原因。据此提出了应力释放槽、混凝土限位墩2种整治措施。经实施,减小路基偏差和上拱位移的效果较好。     

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。     

上覆荷载对砾砂类硫酸盐渍土路基盐胀的影响

以需要采用当地粗颗粒盐渍土作为路基填料的路基工程为背景,在人工配制试验土样的基础上,选取典型粗颗粒盐渍土地区的砾砂类硫酸盐渍土,进行不同含盐量、含水率及初始干密度条件下上覆荷载对砾砂类硫酸盐渍土路基盐胀的影响规律研究。结果表明:在上覆荷载的作用下,不同含盐量条件下砾砂类硫酸盐渍土的盐胀率均随上覆荷载的增加而降低,且降幅较大;上覆荷载对低含盐量水平的砾砂类硫酸盐渍土抑制效果好于高含盐量水平;在严格控制含水率的工况下,当上覆荷载超过24.46～38.61kPa以后,上覆荷载对盐胀的抑制作用起主导作用。在标准压实度条件下,不同含水率下50kPa上覆荷载对天然砾砂类硫酸盐渍土盐胀量的抑制作用超过85%,且在高含水率下的盐胀抑制作用较强,可明显减小随含水率增大的盐胀增长率。     

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。