戈壁土路堤边坡稳定性影响因素数值模拟研究

研究目的:戈壁地区高速铁路路堤边坡稳定性受填料性质、降雨及有无防护、加筋加固等因素影响。本文以兰新铁路第二双线戈壁地区路基试验段工程为依托,针对试验段中代表性填料填筑的路堤边坡,利用数值模拟分析不同状态下各因素对边坡稳定性的影响规律,以期对合理设计边坡防护与加固提供依据。研究结论:(1)采用戈壁砾砂土和细圆砾土所填筑的路堤边坡,在非饱和状态下其稳定性均能满足相关规范的要求;(2)降雨对戈壁土路堤边坡的稳定性有很大影响;当降雨入渗后,边坡侧向位移会增大;浅层饱和土体厚度不同,最大侧向位移不同;浅层饱和土体厚度小于1 m时,易发生边坡的浅层溜坍现象;饱和厚度越大,边坡的稳定性越差;(3)对于戈壁土路堤边坡而言,当边坡在浅层加筋加固后,其性能将得到很大改善,边坡的稳定性得到增强,加筋对边坡的浅层溜坍现象有明显的改善作用;(4)在加筋和边坡防护共同作用下,边坡稳定性得到很大程度提高,能防止或抑制各种不利影响因素所引起的破坏;(5)本研究结果可为同类地区的工程建设及设计提供相应的参考。     

循环荷载下级配碎石填料累积塑性应变及破坏规律研究

级配碎石作为重载铁路路基基床的核心填料,在大轴重列车循环荷载作用下的动力稳定性对于整个路基结构的服役性能至关重要。为探究循环荷载作用下级配碎石填料的累积塑性应变演变特征及破坏规律,以不同细粒含量的级配碎石为研究对象,开展一系列不同应力水平下的大型动三轴试验。试验揭示了细粒含量、围压、动应力幅值对该填料累积塑性应变及临界动应力的影响机制,并基于试验结果,提出不同深度级配碎石填料考虑细颗粒含量参数的临界动应力计算公式,明确了式中各参数的物理意义。研究成果有助于预测重载列车动力荷载作用下基床土体的变形,并对评价既有线路开行大轴重列车的适用性提供参考。     

高铁路堤中改性膨胀土工程应用特性试验研究

用南宁高铁建设中常遇到的弱性膨胀土及水泥改性膨胀土作路堤填料,填筑1:1高铁路堤模型,依托自行设计的监测系统,对自然降雨蒸发条件下路堤内的含水率、温度、吸力与土压力4种特征参数的变化规律以及沉降变形量进行监测。研究结果表明:膨胀土路堤边坡大气急剧影响深度集中在0.5 m内,最大影响深度可达2~3 m;最大工后沉降量膨胀土路堤面约为5.7 mm,水泥改良土仅约2.5 mm,水泥改良膨胀土可用作高铁路堤建设填料;路堤边坡坡面侧向变形以收缩变形为主,呈现"上部大,下部小"的特点,相同位置处,膨胀土断面变形量大于改良土断面。     

土工格栅加固膨胀土路堤边坡稳定性的试验分析

利用离心试验和数值模拟方法研究土工格栅加固膨胀土路堤边坡稳定性效果并给出设计参数。对不同加筋方案(竖直间距0.5、1 m)与不加筋的膨胀土路堤边坡位移的分析结果表明:(1)中心填高为10.9 m、坡率为1∶1.5的素膨胀土路堤边坡在自然状态下不稳定;(2)对于整体稳定性好,仅存在浅层破坏的膨胀土路堤,铺设长度为4 m,间距为0.6~0.8 m的土工格栅可保证路堤稳定性;(3)对于存在整体稳定性问题的路堤边坡,需加长土工格栅长度或采用通长配筋方法提高路堤边坡稳定性。土工格栅对膨胀土路堤边坡的稳定性提高有显著作用,是有效的措施。     

重钢铁路浸水软基高填方路堤设计分析

重钢货运铁路站场位于三峡库区,填平山谷后,形成浸水斜坡路堤,铁路最高填方达74 m,其位置紧邻长江,为浸水高路堤工程。经分析得出:(1)该软土地基选择挖除换填措施,并通过水泥搅拌桩进行基坑支护,能有效保证路堤基底和坡脚的稳定;(2)浸水水位下选择渗水性填料可减小动水压力对高路堤边坡和本体稳定性的影响;(3)提高压实标准并采取一定的追密压实措施,可有效控制高路堤工后沉降;(4)采用不同长度的土工加筋材料可以加强路堤坡面浅层和路堤整体的稳定性;(5)现场监测是高路堤稳定和变形验证与评价的重要手段和方法。     

基于改进极限平衡法的非饱和边坡稳定分析

研究目的:极限平衡法是非饱和土边坡稳定分析最为常见的方法之一,但由于降雨入渗时边坡的渗流场是瞬态的,这导致很多工程在使用极限平衡法进行边坡稳定分析时常常使用了错误的有效应力及剪切强度。本文以合福铁路古田北站的非饱和土边坡为研究对象,在改进极限平衡法、室内试验及数值模拟的基础上进行降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响规律研究。研究结论:(1)降雨量、降雨频率、降雨时间与非饱和土边坡的瞬态渗流场、有效应力场及边坡稳定安全系数密切相关;(2)通过计算确定古田北站非饱和土边坡失稳发生在5月份,这与边坡实际失稳的时间吻合;计算确定的边坡滑移位置与边坡实际滑移位置也相同;(3)数值分析结果表明,采用改进的极限平衡法来预测非饱和土边坡的稳定性是有效的,可以作为施工方案的依据。     

轴重40 t重载铁路路基基床结构设计技术探讨

针对大轴重货运车辆轴距小的技术特点,分析重载铁路路基承受列车荷载的空间分布规律;基于列车荷载引起路基累积变形效应区沿深度的变化机制,讨论主要承受列车荷载的基床结构与路基填料之间的相互影响关系;根据工程设计的强度、变形、长期稳定性控制要求,探讨40 t超大轴重下基床结构的设计方法。研究表明:提出的“4Z1800/2400”四轴标准轴型荷载模式能较好反映超大轴重列车荷载的路基应力叠加效应;建立的路基累积变形效应不超过基床厚度的设计方法,综合考虑了荷载与填料多因素的影响,是对单因素应力比值法的完善。以累积变形处于缓慢收敛状态的长期稳定性为主控因素,提出轴重40 t重载铁路路基基床层状结构设计指标建议:基床厚度3.5 m,对应基床以下路基K30不低于110 MPa/m;基床表层采用级配碎石强化,厚度0.7 m,要求基床底层K30大于等于130 MPa/m。     

衢丽铁路大型岩堆的工程地质勘察与选线

研究目的:衢丽铁路位于浙江括苍山脉西北侧,以低山、中低山为主,山势陡峻,岩堆发育,在勘察设计期间,通过测绘、物探、钻探等综合地质勘察手段,查明大型岩堆地段的工程地质条件,为后续线位的选择、工程类型设置、设计和施工提供地质资料。研究结论:(1)马村岩堆为大型岩堆,岩堆体长约300 m,宽200 m,最大厚度达32 m,体积约120万m³,主要成分为块石土、碎石土;(2)天然工况下整体和局部稳定安全系数均大于规范要求值1.30,暴雨工况下整体和局部稳定安全系数小于规范要求值1.15,目前岩堆属于基本稳定状态;(3)根据综合勘察结果,原线位从岩堆中部穿越,岩堆处理工程量巨大,对线位进行了局部调整,选择北侧的线位方案可有效减少岩堆对工程的影响,降低处理岩堆的工程费用;(4)本研究成果可为山区铁路岩堆地段的勘察和选线提供参考。     

圆弧直线型滑面岩土质边坡稳定性分析方法

研究目的:岩土质边坡是我国中西部山区常见的一种边坡类型。大量工程实践表明,若岩土质边坡下部存在顺坡向的土石界面或岩层面,且上部覆盖一定厚度的黏性土,岩土质边坡在开挖过程中极易诱发滑坡、坍塌等次生灾害,其实际的滑动面多呈现出圆弧直线型。而目前的边坡稳定性分析方法一般假定滑动面为圆弧型或折线型,不能够较好地满足此类型岩土质边坡稳定性分析的要求。为此,本文探究一种基于圆弧直线型滑面搜索的岩土质边坡稳定性分析方法。研究结论:(1)论文采用了一种基于平面坐标系统的组合滑动面搜索模式,该方法考虑了岩土质路堑边坡的几何特征和典型滑移模式,通过不断改变黏性土土层内圆弧滑动的虚拟搜索圆心坐标位置,能够寻找圆弧直线组合滑动面的有效交点,可实现对不同位置潜在的圆弧直线组合滑动面上滑体的稳定性分析过程;(2)论文采用C#作为开发工具,基于该计算分析方法编制了岩土质路堑边坡稳定性分析的相关软件,可自动实现圆弧直线组合滑动面全剖面搜索和最小稳定安全系数的分析过程;(3)该研究成果已较好地应用于吕临铁路支线工程滑坡优化设计工作中,有效提高了路堑边坡设计精度及效率,对解决圆弧直线型滑动边坡的稳定性分析具有较强的借鉴作用。     

重载铁路路基粗颗粒土循环振动试验与累积动应变研究

重载铁路路基核心层为粗粒土,其直接承受轨道结构传递的列车动载的往复作用,但目前对粗粒土填料在重载列车往复作用下累积动应变的研究较少。为探索粗粒土填料在暴雨等极端恶劣天气或路基浸水时的累积动应变变化规律,利用基于MTS精确控制的动三轴试验系统,进行不同围压、多组动应力幅值下饱和粗颗粒土(铁路路基A级填料)的振动试验。由此获得一系列粗颗粒土累积动应变与振动次数的关系曲线,揭示动应力比对累积动应变发展类型的影响,得出基于围压的临界动应力比表达式以及累积动应变与振动次数的拟合关系式,同时证明一定振动次数时试样动应力与累积动应变关系比较符合双曲线模型。试验结果可供重载铁路路基核心层的动力变形稳定性评价和基于动力变形控制的路基设计参考和利用。     

高速铁路土工格栅加筋膨胀土边坡作用机制

土工格栅加筋处治是解决膨胀土边坡问题的关键技术。为深入研究格栅与膨胀土相互作用机制,依托南宁铁路改柳南线工程,开展加筋设计及格栅抗拔稳定性计算。将考虑膨胀土侧向膨胀影响及格栅反包约束作用的设计方案应用于实际工程中,并通过预埋设的监测元件,对自然降雨-蒸发气候下加筋边坡的含水率、应力、位移及格栅应变的变化特征进行长期监测。研究结果表明：在考虑侧向膨胀及格栅约束的影响下,土工格栅的抗拔稳定安全系数仍满足规范要求。基于监测数据发现,受大气环境影响,体积含水率的波动幅度由浅至深逐渐减弱;格栅应变变化趋势与土体应力变化趋势基本一致,随季节性干湿气候呈“波浪”式变化;靠近坡面土体受大气干湿循环的影响更为显著,对降雨入渗敏感,其土工格栅应变变化迅速,峰值出现时间早;格栅应变峰值远小于格栅允许拉应变,且边坡累积水平位移量较小,表明加筋边坡滑移破坏风险较低;在降雨过程中,格栅对边坡土体施加弹性约束,允许坡面发生一定程度的膨胀,释放坡体因增湿产生的膨胀势,从而避免边坡因侧向应力增大形成渐进式滑坡,体现了土工格栅加筋膨胀土边坡“以柔治胀”的作用机制。研究成果可为高速铁路膨胀土边坡的土工格栅加筋设计与施工提供...     

吉图珲高铁延吉膨胀岩土工程特性与边坡治理研究

以吉图珲高铁GDK279边坡为基础,进行了严寒地区膨胀岩土工程特性、边坡变形特征、滑面(带)确定、岩土参数选取等研究分析,并开展稳定性分析和工程治理对策探讨。研究表明：延吉地区膨胀岩土主要包括白垩系泥岩、泥质砂岩和夹角砾、碎石、块石及零星玄武岩孤石的第四系黏性土,黏土矿物微观结构以片状结构为主,具有中～强膨胀潜势。表层土体受长期、反复冻融循环作用,裂隙发育、结构疏松,黏性土层中夹有大量的粗颗粒角砾、碎石,成为渗水、储水构造,混合成因的各种不连续面多,不利于边坡稳定。经长期卸荷、大气降雨及风化作用,边坡沿软弱结构面或土岩界面发生滑动变形,其特征可归结为梯级牵引和多层滑动。按照“主被动支护结合、滑体疏排水与地表截排水统筹”的设计理念,进行边坡治理是行之有效的。经治理,GDK279边坡状态稳定已近十年,其经验可为同类滑坡工程治理提供借鉴。     

季冻区高速铁路路桥过渡段稳定性试验研究

研究目的:对于路桥过渡段较多的高速铁路地段,控制路桥过渡段的沉降差是保证列车运行平顺性的重要因素,尤其是处于深季节冻土区的高速铁路路桥过渡段,其变形控制更加严格。本文以哈齐高铁某路桥过渡段为试验监测断面,基于现场地温、冻胀变形和沉降变形的试验数据,分析寒区高速铁路路桥过渡段的地温、基床表面的冻胀变形和基底的沉降变形,揭示寒区高速铁路路桥过渡段的地温与变形特征,从而评价路桥过渡段的稳定性状况。研究结论:(1)建设初期,采用掺3%水泥的级配碎石作为桥后回填料较粗粒土易吸热和放热;两者在相应深度处的温差随时间的推移逐渐减小并趋于0℃,最终桥后级配碎石与粗粒土达到新的热力平衡;(2)采用掺3%水泥的级配碎石作为路桥过渡段桥后回填材料,其基床表层与桥台间的最大变形差值为4.6 mm,满足规范要求;(3)级配碎石作为桥后回填材料,其基床表层的变形随时空的变化过程分为四个阶段:冻胀快速发展期、冻胀相对稳定期、冻胀抬升期和融化回落期;(4)级配碎石作为桥后回填材料,其冻结深度与基床表层的冻胀变形呈非线性关系,但路堤的最大冻结深度影响其基床表层的最大累积冻胀值;(5)路基阳坡的沉降量较阴坡大,离阴面坡脚越近,基底的沉降量和变形幅度越小;路基施工完成至铺轨前,基底沉降随时间的推移缓慢增大,但目前基底各测点沉降量均满足规范要求;(6)该研究成果可为今后季冻区类似工程设计、施工和维护提供参考。