大风区高速铁路路基双侧挡风墙周围沙粒沉积数值模拟研究

兰新高速铁路横穿多个大风区,对其安全运营造成严重影响。为降低强风对线路的危害,在大风区修筑大量防风构筑物,其中以路基挡风墙最为常见,挡风墙降低了风害的影响,但是带来严重的线路积沙问题。通过数值模拟研究不同风速下路基双侧挡风墙周围的流场特征,利用风产生的壁面剪切应力与沙粒剪切应力的比值确定地表沙粒沉积与侵蚀类型。研究发现,气流在两道挡风墙之间分别形成一个顺时针涡流和一个逆时针涡流,在第二道挡风墙背风侧形成一个顺时针大涡,随着来流风速增大,漩涡尺寸和涡流强度均在增大;由于涡流的存在,部分沙粒被卷走,路堤背风坡附近以及路基面上的沙粒沉积显著减少,当来流风速为24、30 m/s时,南北侧线路道床面均出现沙粒反向侵蚀;单双侧挡风墙的积沙规律对比结果表明,设置双侧挡风墙时,线路积沙显著减少。研究揭示了大风区铁路双侧挡风墙周围路基面上的沙粒沉积规律,对未来风区铁路的防护建设具有指导意义。

基于DEM-FDM耦合的过渡段膨胀诱发钢轨上拱研究

研究目的:为分析涵洞过渡段地基膨胀引起的钢轨上拱响应,基于现场测试、室内膨胀试验数据,开展DEM-FDM耦合数值模拟,分析某涵洞附近路基土在膨胀范围为16 m,膨胀中心距离涵洞中心分别为0 m、5 m、10 m这三种工况下,不同膨胀率时基床填料的运动规律及钢轨的上拱响应。研究结论:(1)涵洞对于钢轨上拱位移的传递存在阻断作用,但会增大钢轨上拱的峰值,原位膨胀率下工况二的钢轨上拱峰值达到46 mm,当路基膨胀率为0.3%时钢轨上拱位移量达到无砟轨道钢轨可调节临界值(4mm);(2)过渡段钢轨上拱处同时产生轴向应力集中,其中原位膨胀率下工况二轴向应力峰值达到14.4 MPa;(3)对于膨胀区域位于涵洞下方的工况,钢轨轴向应力呈现出来的分布规律为钢轨上拱拱顶处为主拉应力状态,拱脚处为主压应力状态,因此一共包括三个压应力峰值点以及两个拉应力峰值点;(4)本文研究可为高铁涵洞过渡段路基膨胀病害解决方案的确定提供理论依据。

新线引入既有客运专线车站软土地基加固技术

以新线引入既有客运专线车站软土地基加固工程为依托,开展布袋注浆桩试桩研究,分析不同浆液配比布袋注浆桩复合地基加固效果,对布袋注浆桩施工工艺、质量检验进行了研究。结果表明:布袋注浆桩机械设备高度低,对既有线影响小,对于空间受限的邻近营业线地基加固工程适用性强;提高单位面积布袋质量、采用桶式钻头引孔等可解决碎石成分类填土地基应用布袋注浆桩技术时遇到的布袋破裂、塌孔等问题。浆液质量配比水泥∶水∶粉煤灰=0.70∶0.55∶0.45时桩身无侧限抗压强度平均值9.6 MPa,加固效果优于高压旋喷桩;采用低应变反射波法检测桩体完整性效果较差,工程应用中应加强桩身取芯检测。

巴东组泥岩重塑土湿胀特性宏细观跨尺度研究

针对泥岩地区高速铁路路基上拱问题,以郑万高速铁路沿线巴东组泥岩风化土为研究对象,开展不同初始含水率、干密度、上覆荷载及干湿循环次数条件下泥岩重塑土湿胀特性宏细观试验。基于多因素从宏细观角度对泥岩膨胀性进行了试验验证,对维护膨胀土区域工程稳定性有一定借鉴作用。结果表明:泥岩重塑土无荷膨胀率随着初始含水率的增加线性减小,随着初始干密度的增加呈指数增长;上覆荷载作用抑制了泥岩重塑土的膨胀变形;干湿循环作用下,泥岩重塑土膨胀率及吸水量均随干湿循环次数的增多而总体上先增加后减小,强度劣化,泥岩内部结构由致密变为疏松,矿物颗粒吸水膨胀,试样内部大尺寸孔隙逐渐形成。

适应软土地基的港口铁路路基方案优化

利用软土吹填造陆形成的港区,地基基底承载力通常较差,对铁路路基的设计要求较高。结合港口铁路货运虽然重载、但是多为尽端线路,或装卸线居多,运行速度较低等特点,以黄骅港某铁路路基工程为例,结合目前软土地基上路基设计基本方案,提出改进的路基设计方案。通过技术经济分析,优化改进适应港口软土地基、技术上满足承载力要求,经济上更合理的铁路路基结构形式,并在工程中应用。

非饱和膨胀土脱湿过程中的弹性模量研究

现有的理论与测试方法通常没有考虑非饱和作用对膨胀土弹性模量的影响,在处理降雨问题时会产生较大的误差。针对这一问题,本文研究了膨胀土在脱湿过程中的收缩变形特征,同时采用弯曲元以及应变控制仪获得了在小变形条件和有限变形条件下膨胀土的弹性模量与含水率的变化关系。结果表明:随着土样饱和度降低,膨胀土发生了明显的收缩变形;小变形弹性模量远大于有限变形弹性模量,且土样的小变形弹性模量随着饱和度的降低迅速增大,而有限变形弹性模量则随着饱和度的降低变化幅度很小;含水率或基质吸力对非饱和土弹性模量的影响趋势与应变水平密切相关。

有压冻融循环对冻结黄土强度特性影响

为进一步探究实际工况下冻融对黄土变形和强度的影响,开展经历0、1、4次有压冻融循环后的黄土压缩试验。结果表明,经历有压冻融后,冻结黄土多呈现脆性破坏模式,应力-应变曲线表现为应变硬化型曲线;经历1次有压冻融循环的黄土强度降低约35%,经历4次有压冻融循环的黄土强度降低近51%,二者呈非线性负相关关系;相同冻融循环次数情况下,随着含水率的增加,峰值应力会逐渐减小,试验含水率范围内强度降低近77%;冻结黄土单轴抗压强度会随初始干密度的增加及试验温度的降低而呈现显著增大的趋势,当温度从-10℃降低至-15℃,强度增大1.5倍,从-15℃降低至-20℃,强度增大近2倍;最后基于高斯函数,构建有压冻融循环影响的冻结黄土强度模型,使其能较好地反映冻结黄土的应变硬化情况。

Experimental and numerical interpretation on composite foundation consisting of soil-cement column within warm and ice-rich frozen soil

Affected by climate warming and anthropogenic disturbances, the thermo-mechanical stability of warm and ice-rich frozen ground along the Qinghai-Tibet engineering corridor(QTEC) is continuously decreased, which may delay the construction of major projects in the future. In this study, based on chemical stabilization of warm and icerich frozen ground, the soil-cement column(SCC) for ground improvement was recommended to reinforce the foundations in warm and ice-rich permafrost regions. To explore the validity of countermeasures mentioned above, both the original foundation and the composite foundation consisting of SCC with soil temperature of -1.0℃ were prepared in the laboratory, and then the plate loading tests were carried out. The laboratory investigations indicated that the bearing capacity of composite foundation consisting of SCC was higher than that of original foundation, and the total deformation of original foundation was greater than that of composite foundation, meaning that overall stability of foundation with warm and ice-rich frozen soil can be improved by SCC installation. Meanwhile, a numerical model considering the interface interaction between frozen soil and SCC was established for interpretating the bearing mechanism of composite foundation. The numerical investigations revealed that the SCC within composite foundation was responsible for the more applied load, and the applied load can be delivered to deeper zone in depth due to the SCC installation, which was favorable for improving the bearing characteristic of composite foundation. The investigations provide the valuable guideline for the choice of engineering supporting techniques to major projects within the QTEC.

强发育岩溶区桩板路基结构力学性能试验

强发育岩溶区高速铁路无砟轨道设计施工中,岩溶地层稳定性与路基沉降控制是保障列车运营安全的关键。桩端嵌岩的桩板路基结构是一种适用于岩溶强发育区的路基设计方案,既可解决岩溶顶板附加荷载问题,又能有效消除覆盖土层的压缩沉降。为研究强发育岩溶区无砟轨道桩板路基结构的力学性能,依托高速铁路车站路基开展现场试验,综合分析列车动荷载在路基本体中的传播衰减规律以及桩板结构动静力学承载特征。结果表明:300~350 km/h运行条件下,列车动荷载总体沿45°方向向下传递,主要影响路基面以下5.0 m范围,且在路基基床2.7 m范围内作用效应相对较大;路基本体内列车动荷载实测值小于常规土柱静荷载等效方法计算结果,TB 10001-2016《铁路路基设计规范》方法偏于安全;实测桩板路基板下地基存在一定的地基反力,对承载板受力较为有利;岩溶塌陷风险较小的桩板路基结构设计中,可适当考虑板下地基反力作用,合理控制工程造价。

路基冻胀-融化-沉降组合作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道的变形损伤

对于我国季节性冻土区高速铁路路基病害,只考虑单一冻胀作用对无砟轨道结构的影响存在一定缺陷。针对这一问题,本文建立CRTSⅢ型板式无砟轨道精细化分析模型,研究了路基冻胀-融化-沉降组合作用下无砟轨道结构的损伤机理和变形规律。结果表明:相较于单一冻胀作用,路基冻胀-融化-沉降组合作用能更加准确反映路基从冻胀到融化过程中轨道结构的变形和损伤;在冻胀-融化-沉降过程中,钢轨、轨道板、底座板三者垂向位移幅值均呈现先增大再减小而后反向增大的趋势;在路基融化回落至4 mm时,底座板和自密实混凝土以及下部路基表层的层间离缝位置均呈现从冻胀波峰两端到冻胀波峰中部的迁移;轨道板损伤只发生在路基冻胀阶段,底座板损伤发生在路基冻胀和融化阶段。

基于极端梯度提升树模型的工程项目安全管理研究

工程项目安全管理是建筑工程项目核心内容,部分建筑企业对效益的过分追求,导致工程项目经常出现事故。深入研究工程项目安全管理,有利于提高工程质量降低事故发生的概率。如何对项目安全进行管理,如何掌握项目实施过程中出现的各种风险因素,成为每一个项目管理者目前亟待解决的问题。该文通过运用极端梯度提升树模型对工程项目安全管理进行研究,建立安全管理模型并确立安全等级,为工程管理者对安全管理的决策提供依据。

季冻区高铁路基改良粗颗粒填料力学特性研究

依托实际工程,对季冻区高铁路基改良粗颗粒填料力学性能特性进行研究,从原材料选择入手,以水泥作为改良剂,并分析其作用机理。采用单轴压缩试验研究水泥改良填料,水稳定性能和抗冻融耐久性,试验结果表明水泥改良填料无论在浸水或未浸水条件下,水稳定性能随着龄期增加而增加且优于未改良填料;水泥改良耐久性能远远大于未改良填料,满足施工要求。

纤维和细粒含量对秸秆纤维土抗冻融性能的影响

为了增强秸秆纤维土的抗冻融性能,分别将长9 mm的玉米秸秆和芦苇秸秆纤维掺入到淤泥质土中,经历不同冻融循环次数后进行无侧限抗压强度试验和直剪试验,同时开展细粒含量对纤维土强度影响的常规试验和冻融试验,通过电镜扫描深入分析其内部变化。试验结果表明:冻融对土体强度和黏聚力影响显著,对内摩擦角影响较小。随着冻融循环次数增加,土体受到冻胀效应的影响,土颗粒重新排列,土体结构受到破坏,产生裂缝,导致强度和黏聚力降低,经历5次冻融循环后,土体结构达到稳定,强度和黏聚力也趋于稳定。适量的纤维可以明显提高土体抗冻性,冻融后对比两种纤维土的力学性能,玉米秸秆纤维土强度更高,芦苇秸秆纤维土韧性更好。除此之外,细粒含量对土体冻胀敏感性有较大的影响,细粒含量越高,土体冻胀效应越明显,从而导致土体强度的大幅衰减;但在未冻融时,细粒含量的增加反而能提高土体的抗压强度。

市政道路工程中的塑料排水板+堆载预压技术

本文结合具体工程实例,提出了软基处理中塑料排水板+堆载预压技术方案,阐述了塑料排水板+堆载预压施工原理,并对塑料排水板施工中的测量放线、插板机安装、排水板安放、移机及收尾技术要点展开了详细的研究,详细探讨了堆载预压中堆载及卸载的施工措施。监测结果显示:地基加固效果明显。本文研究内容有助于提高真空联合堆载预压施工效率,确保软基工程整体施工质量,促进市政道路工程长远发展。

黄土地层洞桩法地铁车站施工竖向土压力分布规律研究

掌握黄土地层地铁车站洞桩法施工竖向土压力的分布规律对于该地层车站的设计和施工至关重要。以西安地铁某车站为工程背景,基于数值模拟,分析洞桩法施工过程中竖向土压力的变化规律,以及导洞的不同施工顺序对竖向土压力分布的影响,并与现场实测数据进行对比分析,结果表明:(1)上层边导洞拱脚处竖向土压力约为拱顶处竖向土压力的1.26倍,中间导洞拱脚处竖向土压力约为拱顶处竖向土压力的1.16倍,表明中间导洞B、C拱顶受力更为均匀。(2)相较于同层导洞开挖顺序,上下层导洞开挖顺序对导洞竖向土压力影响更大,“先上后下,现边后中”的导洞开挖顺序更为合理。(3)扣拱施工时,最大的竖向压力发生在扣拱和冠梁、顶纵梁交接处,并且拱脚处的竖向压力要远高于拱顶,表明拱-桩-柱体系能有效承担结构顶部受力。

南水北调中线工程运行期膨胀土长期变形及稳定性分析

南水北调中线工程运行数年后,部分膨胀土边坡渠段出现了长期变形问题。为掌握膨胀土渠坡长期变形规律,利用南水北调中线膨胀土边坡运行期长期监测资料,分析了膨胀土渠坡深层变形的长期发展特征及其与降雨的关系,揭示了膨胀土边坡深层位移长期发展的内在机理。借鉴土力学流变原理中剪切蠕变的负幂时间函数,分析了幂指数与蠕变衰减速率之间的关系,确定了边坡长期变形收敛与发散的判别阈值,提出了用于深挖方膨胀土边坡长期稳定状态的幂次判别法。选取典型膨胀土深挖方边坡,基于实测数据开展膨胀土边坡长期稳定状态评价。与后续实际运行状态对比表明,幂次判别法具有有效性。研究成果为膨胀土边坡稳定状态评价和运行维护提供理论与技术支撑。

岩溶地基注浆强化加固关键技术研究

覆盖型岩溶地基在我国西南地区岩溶地貌广泛分布,基岩在地下水的长时间作用下强度降低、稳定性差,可能引发地基沉降和坍塌,是我国高铁建设与运营的重大隐患。为此,应加强对岩溶地基的加固处理,并对其变形进行治理。注浆是目前地下工程中普遍应用的一种方法,它可以封堵地下水并加固破碎岩体。然而,由于注浆工程的隐蔽性和注浆材料在不同岩土介质中的表现不同,针对复杂岩溶地基的注浆参数和加固技术仍然需要更多深入研究和系统科学的理论指导。以桂林北站至桂林高新区路段为工程背景,通过揭示不同的裂隙开度、不同的注浆孔半径、不同的裂隙入口压力、不同的浆液性能等参数对岩溶注浆加固的影响,优化注浆关键参数,提出针对复杂岩溶发育地基治理的复合注浆强化加固关键技术。

季冻区新建路基变形控制方法及数值模拟研究

土体冻胀融沉作用导致的不均匀变形已经成为季节性冻土区新建路基破坏的最主要原因。文章以某季冻区城市道路为研究对象,基于相变作用下的水热力三场耦合控制方程,计算该高含水率路基建成后一年的变形情况,然后计算了采用土工格栅加固路基并抑制变形的效果。研究发现:路基体内部冬季存在较为明显的融土核,夏季内部呈现“牛角状”结构。土工格栅在抑制路基变形效果方面显著,在路基变形各个阶段均能抑制50%左右的变形。研究可为季节性冻土区路基工程的修筑提供借鉴意义。

地质聚合物固化软土的力学特性及微观机理分析

为解决水泥固化软土强度低及水泥生产时能耗高、污染大等问题,拟采用矿渣、粉煤灰两种工业固体废弃物制备地质聚合物固化路基软土。通过无侧限抗压强度试验研究矿渣、粉煤灰占比对固化土强度的影响;采用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)及扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)试验对固化土的物相组成及内部结构进行微观表征。结果表明:地质聚合物固化土具有早强特性,前驱体中矿渣与粉煤灰最优比例为9:1,对应试样28 d的抗压强度为8.2 MPa;矿渣水化产物是固化土强度提高的主要原因,粉煤灰适量替代矿渣后固化土微观结构更为致密,但过量替代后土体松散度增大。

青藏铁路多年冻土应对气候变化的维护措施研究综述

青藏高原气候暖湿化现象的持续,对青藏铁路安全平稳运行提出了更高的要求。在气候环境变化条件下,西大滩盆地与安多盆地之间的多年冻土退化所引发的基础设施变形是青藏铁路面临的最大挑战。青藏铁路建设初期,就从调控对流方式、调控传导方式及调控辐射方式三个角度研究了青藏铁路多年冻土的保护措施。本文介绍了目前针对多年冻土问题所采取的各类维护措施,将不同技术的特点和优势进行综述,并得出结论:未来针对青藏铁路多年冻土的保护措施应结合现有技术的成功经验,发挥新材料和新能源的优势。