考虑颗粒破碎效应的道砟大型直剪试验研究

研究目的:级配碎石被广泛应用于铁路工程,在列车循环荷载和应力集中作用下颗粒破碎在所难免,并导致路基不均匀沉降,而关于碎石高应力下的颗粒破碎特性及破碎对碎石强度影响的研究较少。本文利用大型直剪仪首先对三类初始级配的道砟开展高应力下的一维压缩试验,探究高应力水平下道砟颗粒破碎及级配演化规律,然后对不同破碎状态的道砟开展大型直接剪切试验,探究颗粒破碎程度及颗粒级配状态对碎石强度的影响。研究结论:(1)颗粒破碎量随着压缩次数和粗颗粒含量的增加而增加;(2)随着颗粒破碎的加剧,细颗粒含量增加,级配曲线抬升,颗粒破碎会使材料级配朝着分形的方向发展;(3)颗粒破碎会削弱颗粒之间的咬合作用,从而降低道砟材料的内摩擦角;(4)本研究结论可为相关工程实践和颗粒破碎问题的研究提供参考。     

土石堆积体精细化模型构建及力学特性数值试验

土石堆积体具有较强的非均质性,其力学破坏特性受内部块石的细部特征影响较大。依托罗打拉堆积体隧道,借助数字图像处理与块石随机投放技术实现了对土石堆积体精细化数值模型的构建,采用大型三轴试验验证模型的正确性,并深入探讨土石堆积体力学破坏的特征及规律。研究结果表明:该方法获得的力学参数及应力应变曲线与三轴试验结果差异不大;在加载过程中,剪切破裂面由试样中部及顶部两端块石尖端与土体的交界面沿土石路径向四周发育,直至形成X形或人字形带状分布的剪切塑性区,并趋于贯通至发生剪切破坏。该方法的提出为土石堆积体力学参数的选取提供了一种新思路,可为土石堆积体隧道工程设计、施工等提供有益指导。     

软弱结构面岩体剪切蠕变试验研究

铁路隧道建设不可避免会遇到断层、破碎带、泥化夹层、节理和裂隙等软弱结构面.软弱结构面的蠕变力学特性直接关系到隧道工程的长期稳定性.采集无扰动的天然软弱结构面立方体试样,开展不同正应力条件下的室内蠕变力学试验,以探究天然软弱结构面岩体的剪切蠕变特性,并讨论软弱结构面的长期强度的确定方法.研究结果表明:剪切蠕变过程分为瞬时阶段,瞬态蠕变阶段,稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段;瞬时变形和蠕变变形受正应力和剪切应力的影响;稳态蠕变速率与剪应力的关系可采用指数函数或幂函数表示.软弱结构面长期强度与稳定应变率有关的确定方法操作简单,具有一定的参考意义和价值;与人工预制水泥砂浆材料的结构面岩体相比,天然软弱结构面的剪切蠕变机理更复杂,在低正应力作用下,填充的土石混合物会显著影响剪切蠕变变形.     

高速铁路路基粗粒土填料颗粒破碎演化特征研究

为揭示高速铁路路基粗粒土填料颗粒破碎过程,构建室内单元模型,模拟粗粒土填料填筑和列车荷载作用过程,重点探讨动应力幅值、加载频率及降雨入渗强度等因素对颗粒破碎的影响.利用2个颗粒破碎度量指标分析粗粒土填料的颗粒破碎过程.研究结果表明:粗粒土填料在填筑时,颗粒破碎方式以破裂、破碎为主,在动力循环荷载作用下,颗粒破碎方式以破裂、研磨为主;破碎指标Bg,ΔD随动应力幅值、加载频率的增大而增加,随降雨入渗强度的增加呈先增大后减小的趋势;粗粒土填料破碎后,粒径分布具有良好的分形特性,且分形维数D与颗粒破碎指标Bg存在良好的线性关系.利用试验结果建立了动力循环荷载作用下粗粒土填料破碎指标ΔD与累积应变ε的关系表达式.     

捣固作业对道砟破碎伤损影响规律的试验研究

通过原位捣固试验研究了捣固次数对道砟破碎的影响规律,并对道砟颗粒的典型破碎形式进行了分析.结果表明:捣固作业会引起道砟颗粒发生明显的破碎伤损,进而导致道砟整体级配发生显著变化,应在有砟道床的养护维修中予以重点关注.捣固作业最容易引起56～63 mm粒径的道砟颗粒发生破碎.对于运营期道床,捣固作业导致的道砟颗粒破碎会使2...     

单一粒径组碎石道砟颗粒破碎规律试验研究

道砟颗粒破碎会影响路基的力学行为和服役性能。为定量分析颗粒形状、粒径、冲击荷载三者对碎石颗粒破碎的影响，选用单一粒径组安山岩碎石道砟颗粒，进行颗粒破碎试验研究。研究结果表明：颗粒破碎比B_g可用于定量分析道砟的颗粒破碎规律；道砟形状是控制其破碎的主要因素，片状颗粒和针状颗粒在试验中的平均质量损失率高达40%;而块状颗粒的破碎主要以磨损为主，质量损失率低于4%;颗粒破碎指标B_g和冲击荷载能量存在良好的线性关系；颗粒破碎过程可以划分为空间调整、接触破碎及平衡稳定三个阶段。     

土石混填路基压实评定方法的试验研究

在预先设定压路机吨位、振动频率和碾压速度下,通过现场试验采集不同工况下三种不同尺寸沉降测试块的沉降差,建立了沉降差与碾压遍数的关系。结果表明直径20 cm的沉降测试块能较好反映沉降量与土石混填路基压实质量之间的关系,但是由于土石混合料的级配很不均匀,固体体积率很难真实反映实际的土石混填路基的压实情况。     

多旋翼单镜头无人飞行器倾斜摄影测量技术在施工中的应用

工程施工过程中往往需要对局部地形及地物分布、线路与周边地形关系、土石挖填方量、构筑物几何特征等进行较设计过程更加详细的测量以指导施工。采用传统测量方式在精度和工作量上难以取得双向高效的结果。多旋翼无人飞行器可不受地形约束,通过相机以较高的航速对航测区域进行扫描拍摄,通过倾斜摄影测量技术对航测区域进行模型重建继而获得携带更加准确丰富的地物、位置、几何信息的三维模型。本文以大同至张家口高速铁路为施工背景,通过局部地形测绘、路基填方体积计算、既有构筑物信息三维数字化等施工实例,介绍了其在工程施工中的应用。     

北塬隧道浅埋软弱围岩段施工技术

北塬隧道DK6＋ 200～ DK6＋ 700段围岩呈破碎浅埋、土石分界、节理发育的分布情况.通过明洞浅埋段增做工作面的可行性分析,介绍了在复杂不良地质条件下,隧道明洞浅埋段与主洞施工方案的确定与优化,施工工艺与几项关键施工技术.简述了地质超前预报与监控量测措施,为同类工程施工提供了借鉴.     

循环荷载下重载铁路道砟磨耗破碎及力学特性试验研究

为深入研究重载列车循环动载作用下散粒体道砟的颗粒磨耗破碎和力学行为劣化等特征,开展3种不同动应力幅值下的室内大型动三轴试验。通过对染色道砟颗粒进行激光扫描和三维重构,量化分析不同循环加载应力状态下不同粒径道砟颗粒的磨耗破碎特征,深入分析循环加载下试样的宏观力学特性和力学行为劣化等。研究结果表明,循环加载后道砟颗粒普遍从原始粒径破碎至相邻粒径,偶尔出现破碎至相隔粒径的现象,另有质量占比1%左右的少量道砟颗粒破碎至最小粒径4.75～22.4 mm;在相同的循环加载动应力幅值下,随粒径的增大,道砟颗粒破碎至相邻粒径的质量占比总体呈增大趋势;循环加载过程中颗粒磨耗存在尖角磨损、棱边磨耗与表面纹理改变等3种典型类型,动应力幅值230 kPa下颗粒最大磨耗深度为0.36～5.2 mm,平均磨耗深度为0.03～0.62 mm,颗粒磨耗程度随粒径的增大而逐渐加剧,尖角磨损出现的数量更多且概率更大,其次为棱边磨耗;循环加载三轴试验前后各粒组颗粒含量变化幅度与级配曲线偏移距离随动应力幅值的增大而增大,Bg、Br与BBI 3种颗粒破碎指标均随动应力幅值的增大而增大,Br与BBI两者对动应力幅值的变化反应程度...     

抗车辙剂对BRT停车段路面抗剪切性能的影响分析

采用直接剪切试验和贯入试验两种方法,结合抗车辙剂机理分析,对三种抗车辙剂沥青混合料抗剪切性能进行对比分析,最终确定性价比合理的抗车辙剂,并验证贯入试验的合理性。     

渝万铁路长寿—垫江段改良土填料路基施工质量控制

我国西南地区多为山岭重丘区,路基填料主要为路堑挖方及隧道弃渣等土石混合料,其填筑工艺及工法相对成熟,但西南地区仍有部分地段路基挖方为Ⅲ类土及Ⅳ级软石,无法直接破碎加工后作为高速铁路路基填料。本文通过渝万铁路客运专线路基填筑工程实例,探讨西南地区软土改良后的填料施工质量控制要点,为我国西南地区高速铁路类似工程提供借鉴。     

橡胶-纤维微表处混合料路用性能及降噪特性研究

通过添加橡胶颗粒和纤维对微表处混合料进行复合改性以达到改善其性能的目的,为了系统研究混合料的路用性能,通过对混合料关键参数进行确定,围绕混合料耐磨耗性能、水稳定性能以及抗滑性能的主要影响因素进行研究,并结合自主研发的室内轮胎加速下滑系统,对混合料的降噪性能进行试验分析。试验结果表明:当加入3%的橡胶颗粒及0.2%的聚酯纤维,最佳油石比为7.2%时,微表处混合料耐磨耗性能、水稳定性能均得到显著提高,抗滑性能也比普通沥青混合料得到明显的改善,同时,混合料的噪声水平也得到有效的降低,复合改性微表处混合料甚至比普通微表处混合料噪音值减小2.9 d B。     

土石碎屑体稳定性离散元数值分析

利用颗粒流离散元方法,对土石碎屑体在外界营力作用过程中的稳定性进行数值计算,重点分析了碎屑体在前期施工开挖无支护及后期支挡防护两种情况下的长期破坏模式,并对比了天然与暴雨作用下的差异。分析表明,颗粒流离散元方法能够全面模拟碎屑体的失稳、破坏及塌滑移动过程,且能够准确量化部分计算参数,为碎屑体的稳定性评价提供一种新的方法。     

含60％长石全风化花岗岩工程特性研究

含60％长石风化花岗岩呈砾状,按照现有路基设计规范可以定为A组填料,故此可以作为Ⅰ级铁路基床表层填料,但施工过程中受外界因素影响其颗粒极易破碎,呈松散状态,动静力学特性变化复杂,工程特性劣化严重.从矿物成分,压实前后颗粒变化特征、含水情况对破碎程度的影响、压实特性,动、静三轴强度特性、现场填筑K30、孔隙率和Evd试验等方面进行了试验研究.研究结果表明,颗粒破碎前后填料组别可归为B组,静强度有一定的余地,临界动应力不能满足Ⅰ级铁路基床表层填料的要求,需要改良,同时给出了改良土的水泥掺量为3％ ～7％时的单轴抗压强度.     

土工格栅加筋橡胶碎石混合料大型三轴试验研究

为研究土工格栅加筋橡胶碎石混合料的力学特性与变形控制作用机理,基于大尺寸三轴试验,分析3种橡胶掺量碎石混合料在不同加筋形式下的应力-应变关系曲线、体变-轴向应变关系曲线,研究土工格栅竖向间距、筋材层数对其力学响应与变形特性的影响规律,并对试验结果进行拟合分析。研究结果表明,合理的土工格栅布置形式能有效提升橡胶碎石混合料峰值应力并抑制其发生剪胀变形。试验中5种双层加筋的最优竖向间距为d=150 mm。土工格栅的加筋效果在达到一定轴向应变后才能得以体现,且随着试样中橡胶掺量的增加,此轴向应变值逐渐增大。3种橡胶掺量碎石混合料均随着土工格栅加筋层数的增多,加筋效果显著提升,同时加筋层数相同的试样,其剪切破坏形态基本一致。随着橡胶掺量的增加,试样的剪切破坏模式由应变软化型逐渐过渡为应变硬化型,同时土工格栅的加入也增加了试样的延性。基于邓肯-张双曲线模型,增加拟合参数ψ,修正了能够描述橡胶碎石混合料的应力-应变特征的预测公式,并验证了该公式的合理性。研究成果可为橡胶碎石混合料的实际应用提供一定的理论基础。     

受柴油污染的高液限红黏土抗剪强度研究

在我国大量的公路、铁路路堤施工时,投入的柴油设备时有柴油泄漏,对路堤土壤存在不同程度的污染.针对这一问题,开展高填方高液限红黏土路堤土壤受柴油污染的抗剪强度研究.以江西省某高速公路高液限红黏土为研究对象,选用柴油为代表性油品,分别配置含油率为0％,3％,6％,9％及12％的5种不同污染程度的污染土样,开展高液限红黏土污...     

斜坡软弱地基填方工程特性及工程技术研究

研究目的:斜坡软弱地基填方工程是西南山区铁路、公路、城镇建设中经常遇到的工程问题之一,是工程建设突出的薄弱环节,斜坡软弱地基填方工程特性及其工程技术需要研究。研究方法:作者及其课题组采用数值分析、离心模型试验、现场测试、综合分析等手段,系统研究了斜坡软弱地基填方工程特性及斜坡软弱地基填方工程技术。研究结果:基于变形控制理念,提出斜坡软弱地基填方稳定当量安全系数建议值和以限制斜坡软弱地基水平变形为核心的斜坡软弱地基填方工程设计原则意见。研究结论:基于变形控制的思想,在采用安全系数法对斜坡软弱地基的稳定性进行评价分析的基础上,应充分考虑斜坡软弱地基变形特性的因素,适当提高路堤稳定安全系数取值,以使斜坡软弱地基具有与水平软弱地基相当的稳定程度。在斜坡地基上填筑路堤,要查明地基土体的可压缩特性和基底横坡;为保证斜坡软弱地基路堤的稳定性,应采取限制斜坡地基水平变形的措施。     

非一致性地震作用下穿越破碎带长大隧道衬砌结构动力变形分析

为探讨非一致性地震作用下穿越破碎带长大隧道衬砌结构的变形机制，基于随机地震动理论，生成能体现长大隧道行波效应和衰减效应等局部地场效应的地震加速度时程曲线；通过建立不同的不利地质结构形式的多方案隧道有限元计算模型，采用仰拱分区域垂直入射地震波的方式，分析不同倾角、厚度以及岩体等级的破碎带对隧道衬砌轴向和横向变形的影响，揭示非一致性地震作用下长大隧道衬砌结构变形特征。结果表明：非一致性地震作用下长大隧道衬砌结构变形具有明显的空间非一致性；沿隧道轴向方向，破碎带的存在限制了衬砌轴向拉压变形，但加剧了衬砌的轴向剪切变形，当破碎带与隧道夹角为45°时衬砌的轴向拉压和剪切变形最大，而衬砌整体轴向变形受破碎带厚度和岩体等级的影响较小；沿隧道横断面方向，衬砌纵向剪切变形主要集中于拱腰位置，而径向剪切变形集中于拱顶和仰拱位置，衬砌的最大纵向和径向剪切变形均出现在破碎带倾角为45°时，且当破碎带厚度过大时，衬砌横断面的剪切变形也较大，但不同岩体等级对衬砌横断面的剪切变形影响不大。     

考虑细观特征的土石混合体边坡破坏机制分析

利用程序自带的FISH语言和Socket O/I数据传输接口，建立一种基于FLAC^2D/PFC^2D的离散-连续耦合分析方法。根据边坡细观结构统计特征，采用计算机随机模拟方法，在离散域中构建堆积体细观结构模型，利用离散-连续耦合分析方法研究边坡变形和破坏机制。结果表明，坡体内部土石颗粒间的细观接触特征(如接触方向、接触力)统计分布出现明显变化和调整，其中，统计分布主方向调整最为明显，其最终被调整为与边坡滑动方向基本一致。土石颗粒间细观接触特性变化是边坡宏观变形和应力状态调整的内部驱动因素。