高速铁路地基土压缩性分类及中低压缩性土变形特性研究

地基土压缩变形特性是影响高速铁路路基设计、施工、沉降评估等环节的重要因素。为进一步充分利用高速铁路地基土自身的承载变形能力，降低工程投资，通过开展综合勘察、土工试验及现场填筑试验等，提出基于变形控制为目的的高速铁路地基土分类标准，即高压缩性土、中高压缩性土、中低压缩性土及低压缩性土；并详细分析了各类地基土的物理力学指标。针对目前尚未充分利用的中低压缩性土，从室内试验压缩特性及现场填筑试验压缩性等角度分析了高铁路基荷载下，中低压缩性土地基承载变形快速收敛的特性。研究结果表明，在经过适当处理后，中低压缩性土变形可以满足高铁路基工程的要求。因此，将既有规范中中等压缩性土进一步细分为中低压缩性土和中高压缩性土，有利于优化高速铁路路基结构设计，为降低工程成本提供依据。     

高速铁路中低压缩性土路基沉降计算与分析

高速铁路路基沉降计算与分析是路基设计及评估的重要环节。为准确计算高速铁路中低压缩性土路基沉降，从中低压缩性土的工程特性出发，基于考虑时间效应的压缩层厚度计算方法和分层连续加载下地基沉降计算理论，建立更适应于高铁路基荷载特征的高铁中低压缩性土路基沉降计算方法。利用吉珲铁路珲春试验工点得到的地基土物理和力学指标，计算路堤分级堆载条件下，不同埋深处上层硬塑粉质黏土和下层全风化泥质粉砂岩地基的时效变形规律。结果表明，在路基填筑过程中，基底附加应力计算方法获取的基底附加应力与实测值较为吻合。进一步对比理论与现场实测结果发现，截至第700天，地基总沉降的计算误差约2 mm;地基分层沉降的理论值与计算值误差在±5%以内，验证了计算方法的可靠性和准确性；针对考虑时间效应的压缩层厚度计算确定的地基压缩层厚度，其随路基填筑高度呈线性正相关。上述方法不仅为合理选择并优化高速铁路中低压缩性土的地基加固措施及方案提供了关键的技术支撑，也为精确计算和预测工后沉降提供了保障。     

考虑变形时间效应的地基压缩层厚度试验验证

对高速铁路长期服役性能有影响的路基工后沉降主要来源于地基中具有显著时间效应变形的土层。通过离心模型试验,研究了重塑中低压缩性粉质黏土地基在路堤荷载作用下的变形时间效应;分析了地基在浅层同一加固深度、下部土层压实度改变的情况下,地基塑性变形时间效应随路堤高度的变化规律。结果表明:低矮路堤荷载作用下地基变形具有显著时间效应的土体主要分布在浅层,即使下部土层压实度改变仍不会对地基变形状态产生影响;路堤高度增加会引起地基变形具有显著时间效应的土层加厚,并超过预设的浅层加固厚度,导致下部土层的变形状态由微弱转变为显著;验证了采用时间效应法确定地基压缩层厚度的合理性。     

高速铁路中低压缩性土路基工后沉降计算方法研究

控制高速铁路工后沉降是保证高速列车安全运营的关键。为解决目前路基工后沉降计算不准确的问题，从3个方面入手，建立适宜于高铁中低压缩性土路基工后沉降的计算方法。首先，利用基于变形时间效应的压缩层厚确定方法，提高了中低压缩性土压缩层厚度的计算精度；其次，基于众多高铁中低压缩性土路基实测数据，提出适应于高铁路基柔性荷载的中低压缩性土路基总沉降修正系数ψ_s,以及施工期沉降完成比例η。在此基础上，通过对比3个不同实际工点的工后沉降实测数据和计算结果表明，针对中低压缩性土路基工后沉降计算方法更符合工程实际，可为高铁中低压缩性土地基处理及路基铺轨提供依据。     

高速铁路强夯地基沉降的离心模型试验研究

为准确掌握中等压缩性土地基在路堤荷载下的沉降变形规律,应用TLJ-2型土工离心试验机模拟强夯加固地基,研究高速铁路中等压缩性土地基的附加应力和分层沉降特征。通过与现场填筑试验对比,分析离心模型试验预测原型地基分层沉降的精度,提出沉降修正系数取值范围,为今后中等压缩性土地基加固技术优化提供借鉴。结果表明:路基基底中心应力比路肩下大,符合柔性基底应力分布形式;附加应力随地基深度增加而减小,强夯影响深度内附加应力衰减较快,而影响范围以下衰减减缓;铺轨运营550d后,地基工后沉降逐渐趋于稳定,工后沉降值远小于施工阶段地基的总沉降;离心模型试验预测地基单位分层压缩量的精度较高,而对于不同施工阶段离心模型试验预测地基沉降的精度存在差异,沉降修正系数的引入能够较为真实地反映现场地基沉降特性。     

高速铁路深厚地层CFG桩复合地基变形计算经验系数分析

为探讨路堤荷载作用下摩擦型CFG桩复合地基变形计算经验系数变化特性,基于京津城际和京沪高铁2个试验段共6个路堤断面的勘察设计资料和沉降观测数据,分析深厚松软土地基变形计算经验系数与当量压缩模量的关系及其受压缩层厚度的影响规律。结果表明,高速铁路区间路堤荷载条件下,深厚松软土CFG桩复合地基变形计算经验系数随当量压缩模量的增加呈递减趋势,与压缩层厚度之间表现出显著的负相关性特征,并明显大于铁路技术规程的推荐值,差异可达1倍以上。针对应力比为0.1和0.15所对应的地基压缩层厚度,分别提出相应的地基变形计算经验系数建议值,对完善铁路工程的地基变形计算技术有一定意义。     

基于原位试验的高速铁路中低压缩性土智能识别方法研究

中低压缩性土在我国广泛分布，是高铁路基主要的承载地层。其承载变形快速稳定的特征对高铁路基变形控制有积极意义，因此，中低压缩性土智能识别对高铁路基设计、施工具有重要意义。针对高速铁路路基勘察设计中中低压缩性土的快速、智能识别问题，通过大量的现场原位试验数据，择优确定了以标贯试验、静力触探、载荷试验等原位测试结果为智能判别指标，建立中低压缩性土模糊推演模式，构建高铁中低压缩性土网络预测模型，形成基于现场原位测试的中低压缩性土快速智能识别方法，并通过不同算法进行网络训练和工程预测。结果表明，网络预测结果与实际测试结果整体上吻合度均较高，共轭梯度法相对梯度下降法计算效率明显提高，实现了中低压缩性土原位快速识别与测定，为高铁中低压缩性土路基设计、施工、评估等环节提供了重要依据。     

CFG桩处理中等压缩性土地基试验研究

针对京沪高速铁路中等压缩性土的基本特性,以及路基设计中广泛采用CFG桩复合地基的处理措施,进行了CFG桩处理中等压缩性土地基的现场试验.对中等压缩性土基本特性、CFG桩施工工艺及质量检测、CFG桩复合地基和桩筏基础沉降变形特性、荷载分担规律等进行了研究.试验表明CFG桩复合地基可满足高速铁路工后沉降和差异沉降的控制要求,得出了京沪高速铁路中等压缩性土地基工程特性、CFG桩施工工艺及质量检验方法以及CFG桩复合地基和桩筏基础的设计原则.     

客运专线地基沉降计算模量的确定

客运专线的建设需要高度平顺和稳定的轨下基础,控制变形是客运专线路基设计的关键.在保证路基本体施工可靠性的前提下,客运专线的沉降变形主要由地基沉降确定.地基沉降的计算方法有很多种,相关理论计算方法主要区别在于计算土体的应力-应变关系不同,即压缩性指标不同,而压缩性指标主要指土体模量.针对常规计算统一选定室内试验100～200 kPa应力间变形所得出的压缩模量,其前提明显偏离实际情况,相对来说,具有其不舍理之处.通过对比分析室内土工试验及现场原位试验,最终建议采用室内固结试验拟合结论进行沉降计算.     

高速铁路中低压缩性土路基工后沉降控制与技术管理体系

中低压缩性土是高铁路基的主要承载地层，对其性能的认知水平和处理技术直接决定了高铁路基沉降控制效果和建造成本。对中低压缩性土近十多年研究成果进行系统总结的基础上，首先，介绍高铁中低压缩性土路基工后沉降控制技术管理体系及其各重要组成部分；然后，分别详细论述了中低压缩性土变形特性与分类标准、毫米级工后沉降计算方法以及地基处理等核心技术；最后，通过工程实例从土性分类、工后沉降计算、地基处理措施以及监测反馈、评估等各环节，展示高铁中低压缩性土路基工后沉降控制技术管理体系在工程实践中的应用。结果表明，高铁中低压缩性土路基工后沉降控制与技术管理体系可以实现中低压缩性土判别分类、高精度沉降计算、经济适宜的地基处理、变形监控反馈的有效衔接，从管理角度实现建设、勘察、设计、施工、监测、评估各个单位的协同工作，达到动态闭环控制，确保高铁中低压缩性土路基满足“毫米级”工后沉降要求。     

长短桩复合地基作用机理及敏感性分析

采用灰色关联分析方法,结合银西铁路甘宁段,研究了褥垫层厚度、填土高度和土工格栅层数对复合地基受力和沉降的影响程度。选取6个方案的计算结果作为模拟数据案例,以此研究长短桩复合地基在不同褥垫层厚度、填土高度和土工格栅层数作用下的受力特性和沉降规律。结果表明:三个因素对复合地基桩土应力比按影响程度大小排序依次为:填筑高度格栅层数褥垫层厚度。路堤填土高度对复合地基受力和沉降变形影响最大,在实际工程中应该适当调节路堤填土高度。     

高速铁路软基处理前后指标分析和参数反演

研究目的:目前沉降计算方法和参数都是建立在软土未经过处理基础上的,经过处理后这些方法和参数是否仍然适用,对于加固前后地基土性质的变化,很少有相关的研究。另外,通过土工试验得到的计算参数,受到试样扰动等影响,参数往往不准确,因此利用现场的实测数据对相关的参数进行反演,具有重要的工程意义。本文通过高速铁路软土地基的现场试验,对粉喷桩、浆喷桩的压缩模量与无侧限抗压强度的比值,排水固结法的固结系数、压缩模量进行反演,并对地基处理前后的物理力学指标变化进行分析。研究结论:(1)搅拌桩桩体模量可以取为无侧限抗压强度的40-50倍;排水固结法处理地基的淤泥质粉质黏土层,根据实测沉降推算的固结系数为室内土工试验的2.37倍;由静力触探得到的压缩模量大多比现场实测推算的小,室内土工试验大多比推算值大;(2)真空预压处理地基对压缩模量的提高最大,提高了1.99倍,搅拌桩处理对压缩模量提高最小,仅提高了34%左右;(3)软土地层经过加固处理后,软土由高压缩性土变化为中等压缩性土,经过各种方法加固处理后,软土的含水率下降,但其饱和度基本不变,仍然为饱和土,可以采用现行的软土沉降计算方法进行计算;(4)该研究成果可为地基处理相关指标和参数提供参考。     

新吹填淤泥地基加固试验研究

研究目的:新吹填淤泥地基具有含水量大、压缩性高、强度几乎为零等特点.这种比较特殊的地基处理是目前沿海地区围海造陆等工程中比较棘手的问题,为了探究这种比较特殊地基处理行之有效的方法,为沿海地区工程建设提供技术支撑,现场采用小间距排水板、土工格栅等土工合成材料结合堆载预压加固地基,设计要求地基加固后的吹填淤泥十字板强度大于10 kPa.研究结论:试验结果表明:地基加固结束时的实测沉降量达1 800 mm,地基平均固结度达95％;实测水平位移很小,在整个加载过程中,地基一直处于安全状态,说明地基处理方案是合理可行的.现场实测地基加固后的吹填淤泥十字板强度达12 kPa,吹填淤泥的土性指标得到了不同程度的改善,地基加固达到了预期的加固效果;土工格栅等土工合成材料的应用,解决了新吹填淤泥上难以直接堆载的技术难题,在类似工程中可进一步推广应用;新吹填淤泥地基单位厚度的压缩量超过200 mm/m,说明吹填淤泥地基的压缩变形属于大变形问题,理论计算时应考虑这一因素.     

山区铁路含砾黏土的工程特性和沉降规律研究

研究目的:山区铁路广泛分布承载力在150 k Pa以上的含砾黏土,这种土的工程特性怎么样、是否需要进行地基处理,研究成果很少。目前高速铁路地基遇到类似土时大多数都需要进行地基处理,有的处理深度超过20 m,地基处理的费用巨大。本文通过对含砾黏土的室内试验和现场原位测试、沉降观测综合研究,确定含砾黏土的工程特性及其沉降规律,为高速铁路地基处理积累经验。研究结论:(1)试验工点含砾黏土具有低含水率、低孔隙比、高液限、超固结、压缩系数较低的特性,属于中等压缩性黏土;(2)平板载荷试验和现场沉降观测均表明,土体瞬时沉降量占为总沉降量的比例较大,达到74%,可采取超载预压的思路以尽早完成地基土的沉降;(3)对于含砾黏土,土层厚度25 m以内、路堤填高5 m以内,采用超载预压就可以满足高速铁路无砟轨道工后沉降的要求;(4)本研究成果可为高速铁路中等压缩性土的地基处理提供依据和参考,并为相关规范积累数据。     

京沪高速铁路CFG桩-筏复合地基现场试验研究

结合京沪高速铁路凤阳试验段工程,开展CFG桩+垫层+筏板处理地基试验。实测桩-筏复合地基沉降变形、桩顶应力、桩间土应力、筏板顶面土应力、钢筋应力及桩身应变;分析路基沉降变形、桩土应力比随填筑高度和固结时间的变化规律;获得地基面桩土应力分布、筏板顶面土应力分布、钢筋应力分布、桩身轴力和侧摩阻力分布;研究路堤荷载作用下CFG桩-筏复合地基的工作性状。研究成果有助于高速铁路桩-筏复合地基沉降控制、承载特性和应力传递机理的研究,并为京沪高速铁路及其它相关工程的桩-筏复合地基设计方法提供数据支持。     

高速铁路中等压缩性黏土沉降分析方法探讨

研究目的:河流高阶地冲积成因中等压缩性黏土是京沪高速铁路广泛分布的一种地基土,具有较高的天然地基强度,通常不存在填土稳定性问题,天然条件或经浅层处理即可满足沉降控制不十分严格工程的要求.而高速铁路无砟轨道对路基工后沉降有严格的控制要求,对该类土的总沉降和工后沉降分析采用常规的理论计算方法其计算精度无法满足设计的要求.本文通过京沪高速铁路地基土基本特性分析和天然地基的现场填筑试验,研究该类土的沉降分析方法.研究结论:总结了河流高阶地中等压缩性黏土的基本特性,特别是强结构性和高屈服强度的特性;分析了该类地基土在低荷载水平作用下的变形规律;提出了总沉降采用“弹性理论法”,以及工后沉降采用基于弹性理论的“沉降完成比例”的计算方法,通常荷载稳定放置6个月后,沉降完成比例可达90％以上.     

CFG桩复合地基持力层模型试验研究

下卧持力层的受力变形特性是高速铁路地基处理研究的重要内容.通过复合地基持力层模型试验研究,测试分析持力层在不同桩端处桩土应力比条件下的应力和变形.试验结果表明,持力层不同深度处桩土应力比随桩底初始应力比减小而减小,应力比沿深度逐渐减小;持力层的应力重分布现象与路基土拱极为接近,呈倒土拱形式,桩底处桩土应力比越大,倒土拱现象越明显.     

饱和全风化花岗岩地基土压缩特性的研究

结合海南东环客运专线全风化花岗岩地基土一维固结压缩试验,研究了在不同荷载应力作用下其压缩变形特性。研究结果表明,其应力与应变、应变与时间之间呈双曲线关系,割线模量与应力呈线性关系,并建立了应变—应力—时间关系的统一函数模型,为进一步分析地基沉降变形提供了依据。     

客运专线铁路路基沉降控制的若干问题

研究目的:客运专线路基工后沉降控制标准高,目前的地基处理理论与设计方法主要是针对传统的软弱土地基,并不完全适合客运专线路基工后沉降的设计计算与地基加固处理,本文对遇到的若干问题进行分析探讨,提出可采用的方法.研究结论:通过对确定压缩层厚度各种方法优缺点的分析,给出了压缩层厚度计算方法;在分析轨道、列车以及运架梁车等荷载特点的基础上,通过对路基稳定、沉降变形的控制因素分析,对轨道、列车与运架梁车荷载在稳定、沉降计算中的考虑方式与简化形式提出了建议;通过对各种基础形式的荷载传递特性、复合地基的形成条件等内容的研究,提出客运专线路基沉降控制分析应根据路堤基底垫层形式、加固桩的类型,采用复合地基或复合桩基理论进行.     

大面积单侧堆载对高速铁路桥梁墩台影响的数值分析

基于某高速铁路桥梁实际地质条件和现场堆载情况,运用ABAQUS有限元软件建立高速铁路桥梁墩台、基础及地基土相互作用有限元模型,分别假设地基土为弹性(大变形)和理想弹塑性,分析了桥梁墩台在大面积单侧堆载作用下的受力变形特性,包括墩顶中心变形、地基与桩基侧向变形沿深度变化、地基与桩基侧向应力沿深度变化等。研究结果表明:单侧大面积堆载是桥梁桩基产生水平位移的主要原因;地基黏土层取为理想弹塑性时计算的墩顶变形与地基土侧向应力明显大于取为弹性时计算值,且与现场实测值较为接近,说明地基土体发生了一定的塑性变形造成了桩基倾斜。计算结果为桥梁墩台倾斜的成因及处置措施提供了理论依据。