膨胀土地基高速铁路路基变形控制分析

研究目的:膨胀土地基在我国分布广泛,浸水后其强度衰减显著,吸水失水产生的胀缩变形反复,工程危害极大,既有铁路、公路路基病害非常突出,膨胀土边坡稳定、基床翻浆冒泥问题现已基本解决,普速铁路和高速公路路基变形也得到了较好控制,但其变形控制标准为20~30 cm,高速铁路以毫米级变形作为控制标准,在膨胀土地基上修建高速铁路路基必须解决路堑和低路堤的膨胀上拱变形和高路堤的沉降变形两大技术难题。研究结论:(1)天然膨胀土地基浸水后膨胀量明显大于无砟轨道铁路工务养护的限值,路基柔性填筑体对膨胀土的膨胀和收缩变形具有较好的缓冲作用;(2)天然膨胀土地基填筑路基在施工期可完成总沉降的80%以上、复合地基加固处理可达90%以上,超固结膨胀土地基上填筑路基高度不大时,加固地基与天然地基的总沉降量均较小;(3)膨胀土地基路堑及低矮路堤工程宜采用路堤式路堑结构,基床范围全部换填,加强防排水措施,地基宜采用小直径、小间距CFG桩加固,一般路堤对浅层4~6 m进行加固处理,高路堤地基处理按一般土质地基进行沉降计算分析确定;(4)本研究结果可为膨胀土地基高速铁路建设提供有益参考。

小口径组合桩在滑坡抢险中的设计方法探讨

为适应滑坡抢险工程的时效性和安全性,在分析小口径组合桩加固机理的基础上,提出设计流程、计算方法及具体参数取值,并应用于某铁路大临道路工程修建期间诱发的一处滑坡整治工程中,通过监控量测和数值模拟分析,验证该设计方法在抢险工程中的可行性。工程效果证明,计算方法及具体参数取值较为合理。

施工时序对边坡稳定性影响的离心模型试验及数值分析

不同施工时序对边坡稳定性有较大影响,应用离心模型试验和数值计算研究和分析不同施工时序对边坡变形破坏和应力场的影响。结果表明,开挖后及时支护程度越高,不但能减少边坡变形量,而且有利于边坡的稳定(试验中两级边坡开挖,及时支护比开挖完成后进行一次支护的最后破坏加速度提高14.15%;上级开挖后进行及时支护,而下级开挖后未进行及时支护,其最后破坏加速度比一次性支护提高8.49%)。及时支护程度越高,越有利于边坡稳定的作用机制,也可有效改善边坡坡面剪应力集中程度和最大剪应力的连通情况,并限制应力松弛程度;边坡土体的应力路径(应力历史)更加有利于边坡的稳定。另外,对于特别高大的边坡多级开挖,建议对上级开挖边坡进行临时支护,在开挖完成后再进行永久支护,这样既能发挥边坡的“新奥法”原理,又能避免因下级开挖应力调整而导致上级支护结构受力过大而失稳的影响,且支护成本可降低,该结论对于工程实践有一定的指导意义。

降雨条件下边坡破坏机理离心模型研究

降雨是诱发边坡灾害的一个重要因素。雨水的入渗导致边坡土体含水量增加,土体强度下降,容重增大,引起边坡失稳。含水量对土体强度参数的影响试验表明,含水量对土体粘聚力影响较大,而对土体内摩擦角的影响较小。不同含水量土质边坡破坏机理离心模型试验表明,土质边坡破坏存在两种形式,整体滑坍破坏和拉裂破坏。松散类边坡在含水量小时形成坍落拱破坏,并最后形成拱形稳定。在含水量大时形成浅层滑坍破坏。引入损伤力学理论对不同含水量土体的损伤影响分析说明,随含水量增大,土体损伤程度加强,并存在损伤变量突变点。

水入渗条件下边坡破坏离心模型试验研究

水的入渗能对土体强度产生较大的影响,它是造成边坡破坏的一个主要因素。不同含水量土质边坡的离心模型试验表明:边坡的破坏类型与其含水量大小有关,且主要存在两种破坏类型:一种是含水量较小时形成的拉裂缝破坏,另一种是含水量较大时形成的整体滑塌破坏;同时,含水量与边坡的最大稳定高度呈非线性关系。进一步的损伤力学分析表明,随着土体含水量的增加,损伤变量增大,并存在一个突变点;通过同离心模型试验结果比较,发现该突变点对应的含水量可作为两种破坏类型的判据。

郑西客专湿陷性黄土地基处理技术研究

研究目的:郑西客专沿线黄土分布广泛,其中黄土的60%为易对工程造成严重影响的湿陷性黄土地基,郑西客专为国内外首次在湿陷性黄土地基上修建的无砟轨道高速铁路,有效解决黄土地基的湿陷性和工后沉降是高速铁路路基修建的关键。研究结论:根据郑西客专湿陷性黄土的具体特征,通过理论分析、离心模型试验、现场试验等方法研究了路基桩板结构、水泥土柱锺冲扩桩、水泥土挤密桩和CFG桩处理湿陷性黄土地基的适应性和效果,得出:(1)分幅顶置式路基桩板结构对深层湿陷性黄土地基和桥隧间短路基具有明显的优势;(2)水泥土柱锤冲扩桩适宜于处理浅层和中厚层湿陷性黄土;(3)水泥土挤密桩可用于处理浅层湿陷性黄土,但应充分考虑其适用条件限制;(4)CFG桩处理湿陷性黄土宜采用小直径小间距方案;(5)研究成果可为湿陷性黄土地基加固提供重要参考。

高速铁路斜坡路堤变形控制探讨

研究目的:变形控制已成为高速铁路路基的主要控制因素之一,斜坡地基在我国道路建设中普遍存在,斜坡地基上修建路堤工程的稳定、变形及施工具有其特殊性,并存在一些问题。分析斜坡地基上修建高速铁路路堤工程存在的问题,并提出一些应对的工程技术措施,对工程实践具有重要的指导意义。研究结论:斜坡地基上修建的路堤工程除控制水平地基存在的工后沉降、路基与结构物的差异沉降外,还存在路堤不均匀沉降、陡坡路堤过大侧向变形等问题。经研究提出以下解决方法:(1)缓于1∶2.5的斜坡路基,采用挖台阶填筑;(2)采用侧向约束桩、路肩桩板墙等限制地基侧向变形和保证地基稳定;(3)采用复合地基提高地基强度和减小地基沉降;(4)采用锚索桩、板椅式桩板墙等减小支挡结构顶部侧向变形;(5)设置过渡段、加密地基加固桩间距用以消除不均匀沉降;(6)本文可为对变形控制要求严格的高速铁路斜坡路基加固设计提供有益参考。

陡坡椅式桩板结构受力模式及计算方法分析

研究目的:陡坡路基椅式桩板结构兼有承重、阻滑及支挡功能,是控制陡坡地段高等级道路特别是无砟轨道高速铁路差异变形的有效措施,作为一种新型的组合式支挡结构,研究分析其结构受力模式及计算方法,对该结构的工程实践及推广应用具有重要的意义。研究结论:(1)挡土板刚度小或搭接在翼缘桩上时,考虑土拱效应,土压力采用三角形分布形式,挡土板刚度较大时,土压力采用矩形分布形式;(2)承载板刚度较大时,土压力采用矩形分布形式,刚度较小时土压力为抛物线形分布;(3)岩石边坡上椅式桩的岩石压力计算可参照《建筑边坡工程技术规范》,土质边坡上椅式桩外侧的被动土压力计算可采用经典土压力理论或弹性抗力法,内侧主动土压力计算可采用经典土压力理论或土拱理论;(4)挡土板与承载板采用简支梁模型,依据微元受力建立平衡方程,结合边界条件求解其变形和内力;(5)椅式桩结构计算可采用弹性地基梁法或结构力学位移法;(6)该研究成果可在变形要求严格的高速铁路陡坡路基工程中应用。

边坡开挖迁移式影响离心模型试验研究

人工开挖边坡未及时支护,不仅可能造成自身的破坏,还可能影响到临近未开挖边坡的稳定性;已成边坡有局部毁坏,若不及时修复也可能引起更大范围的破坏。这两种情况都促使我们考虑边坡开挖产生的迁移式影响作用。土质边坡开挖迁移式影响离心模型试验表明:稳定性较差的边坡受迁移式影响形成坡顶贯穿拉裂整体破坏;稳定性较高的边坡受迁移式影响形成坡顶弧形拉裂破坏;松散型边坡主要发生开挖面的浅层坍落破坏并发展。迁移弧形拉裂破坏试验分析表明,随边坡强度增加(稳定性提高),弧形拉裂缝曲率半径越大,拉裂缝与原边坡最大拉应力分布逐渐接近一致。应力测试与数值模拟证明弧形拉裂和整体贯穿拉裂同最大拉应力分布相对应,并且受迁移影响边坡坡顶最大拉应力值增大。结果表明,对于低强度的土质边坡开挖应重视迁式影响,而对于高强度的土质边坡及完好岩石边坡迁移式影响较小甚至可以不考虑,但对那些关系重大并对变形有严格要求的边坡开挖也应分析迁移式的影响。最后进一步的断裂力学理论解释了弧形拉裂与整体贯穿拉裂的形成。研究结果对于工程实际具有一定的现实指导意义。

洛湛铁路岩溶路基加固分析

研究目的:分析不同地区岩溶地基灾害类型及形成机理,以对其既有铁路岩溶地基灾害进行有效治理,对新建铁路岩溶地基进行合理加固,从而确保岩溶地基铁路安全。研究结论:(1)洛湛铁路岩溶路基主要以地面塌陷危害为主,其塌陷机理主要以地下水波动引起的渗透潜蚀和真空吸蚀作用为主,同时也受人工抽取地下水影响。(2)岩溶路基整治原则为:路堤一般采用注浆加固,路堑采用探灌结合的原则在开挖路基面进行物探及钻孔验证;对埋设较深的溶洞,宜先采用粉煤灰或砂浆充填后再注浆;对裸露或浅埋型,宜采用挖除换填或加混凝土盖板加固。(3)地基注浆过程中边探边注,探注结合,需注意注浆压力与注浆环境变化,严格注浆质量检查,以保证岩溶地基加固效果与稳定。

岩溶地基高速铁路路基关键技术分析

研究目的:岩溶地基在我国广泛分布,高速铁路对路基的稳定性和变形要求严格,在岩溶地基上修建高速铁路路基工程必须同时解决地基塌陷和沉降变形控制两个关键技术难题,这需要对岩溶地基进行高精度勘探、提出针对性加固措施、形成有效的加固施工与质量检验方法。研究结论:(1)复杂岩溶区面临岩溶发育的隐蔽性、不均匀性、多样性等问题,常规勘察技术应结合高分遥感、北斗卫星、无人机等新型勘探技术,以提高岩溶地基勘察效率和精度;(2)高速铁路岩溶地基结合地层类型和岩溶评价分区,可采用注浆、复合地基、钢筋混凝土桩基结构及其组合措施进行加固,钢筋混凝土桩基结构设计应考虑岩溶空洞存在的位置及形状尺寸变化和岩溶破碎带的溶蚀变化过程,CFG桩复合地基桩结构需考虑岩溶基岩面的笋尖状影响;(3)岩溶注浆宜采用"探灌结合、分序实施"的动态施工工艺,注浆加固施工质量可在相同剖面位置采用电测深、瑞雷波法及电磁波CT检测进行注浆前后对比分析,并通过压水试验进行判断;(4)本文研究可为岩溶地区高速铁路建设提供有益参考。

山区道路灾害及环境影响分析

分析了山区道路灾害的形成及山区道路灾害的系统构成,提出了山区道路灾害的防治原理,从可持续发展角度分析了山区道路建设应注意的问题。

双排桩基悬臂式挡墙受力及变形特征研究分析

研究目的:悬臂式挡土墙是一种轻型支挡结构,具有外观形式好、地基承载力要求不高等特点,在工程建设中得到广泛应用,但其使用高度、使用条件等方面受限制,为充分发挥其结构的优势,本文提出一种双排桩基悬臂式挡土墙结构,大大拓展了其应用范围,有效揭示双排桩基悬臂式挡土墙的受力及变形特征,对推广应用具有重要意义。研究结论:(1)桩基内力分布规律:内桩弯矩极值位于锚固点处,外桩弯矩极值位于桩顶处,内桩与外桩剪力极值均位于锚固段附近;(2)挡墙底板内力分布规律:底板横向剪力极值位于底板与内桩、外桩、悬臂段连接处附近,横向弯矩极值处于底板横向跨中偏内桩处以及悬臂连接处;底板纵向剪力极值位于底板纵向桩基连接处,纵向弯矩极值位于底板纵向桩基连接处以及跨中处;(3)该组合结构变形特征:在列车荷载及填料荷载的共同作用下,结构最大水平位移发生在悬臂顶部,结构水平位移主要为桩基和悬臂段的挠曲变形,其中桩基挠曲变形占比相对较大;(4)该研究成果可为类似收坡加固工程提供参考。

胶济客专非饱和土地基沉降特性试验研究

研究目的:由于非饱和土的复杂性,目前非饱和土理论还不完善,尚未形成成熟的非饱和土固结理论和沉降计算方法。地基沉降已成为高速铁路客运专线路基的主要控制因素之一,在掌握非饱和土物理力学特性基础上,揭示非饱和土地基沉降特性,对于在其上修建高速铁路客运专线根据工期情况选择更加合理、经济的地基处理措施具有重要意义。研究结论:胶济客专非饱和粉质黏土、粉土饱和度一般在46%～80%;路堤在填筑期可完成总沉降的75%以上,经过3～5个月的放置,可完成总沉降的90%左右;非饱和土应力-应变、应变-时间关系均符合双曲线模型,沉降预测推荐双曲线法;非饱和土地基上一般地段修建有砟轨道客运专线地基不处理,修建无砟轨道客运专线只对地基浅层5～8 m采用复合地基处理,对于高填方及过渡段加大复合地基处理深度。

开挖边坡自组织特性及灾害防治对策研究

边坡演化具有自组织特性,边坡随开挖强度的不断增大、开挖后随时间的推移,以及外界扰动(地震、降雨)将加速其自组织过程的形成,最终导致开挖边坡失稳。应用信息熵定量地描述了边坡演化自组织过程(减熵过程),得出对开挖边坡进行及时支护能有效防止边坡失稳的认识;并应用离心模型试验及数值计算进行了验证。分析了及时支护作用机理:有效地减轻了边坡变形量,剪应力分布和应力路径更有利于边坡稳定,从而有效地阻止了开挖边坡自组织过程的形成。

复杂采空区高速铁路路基关键技术研究分析

研究目的:采空区通常具有隐蔽性、复杂性等特点,在采空区上修建高速铁路,采空区的稳定性和变形控制难度极大,是一个世界性难题。本文结合南宁至钦州高速铁路采空区具体工程,开展复杂采空区勘察技术、设计原则、注浆施工工艺、质量检测与验收等系统研究,从而为采空区修建高速铁路路基工程提供根本保障。研究结论:(1)推荐了适用于不同深度和地下水赋存情况的复杂采空区综合勘探方法,勘察揭示了南宁至钦州高速铁路采空区埋深20~142 m、煤层采空3~5层、采空区高压富水等分布特征;(2)推测计算地表沉陷量为0.8~1.3 m,平面最大处理宽度为264 m,数值模拟表明需要对勘察揭示的三层采空区均进行注浆处理才能满足有砟轨道高速铁路沉降控制要求;(3)为保证高速铁路路基的稳定性和变形控制,复杂采空区应采取探灌结合、试验先行、分区分带、浅层与深层注浆相结合的加固处理原则,宜采用群孔交替分序抽水和注浆对高压富水采空区进行加固施工;(4)推荐了复杂采空区在有无地下水工况的注浆加固质量检测方法和质量验收标准;(5)本文研究可为采空区高速铁路路基修建稳定性和变形控制的类似工程提供参考。

砌碹巷道粉煤灰壁后充填机理及应用

砌碹巷道破坏的主要原因是由于支护 -围岩接触关系不能适应巷道变形特性造成。本文分析了白皎煤矿砌碹巷道失稳机理 ,并对碹体壁后充填粉煤灰改善“支护 -围岩”关系的作用机理进行了分析 ,最后得到了现场验证。

高应力软岩巷道壁后充填支护研究

高应力软岩巷道属非线性大变形问题,巷道支护必须满足其变形要求。总结了白皎煤矿高应力软岩砌碹巷道变形破坏特征,分析了砌碹巷道破坏机理,并对碹体壁后充填粉煤灰基材料改善"支护-围岩"关系的作用机理进行了分析,最后得到了现场验证。

热带海洋环境高速铁路关键技术研究分析

研究目的:热带海洋环境具有高温、高湿、高盐、强台风、强降雨、强腐蚀、强雷电等特点,在这种条件下修建高速铁路需要解决高温高湿海洋环境桥梁混凝土结构防腐蚀、强台风高腐蚀强雷电条件电气化设备可靠性、强台风强降雨条件下路基边坡有效加固防护以及高速铁路行车安全性等关键技术难题,本文结合海南环岛高铁建设对热带海洋环境存在的关键技术难题开展系统研究。研究结论:(1)提出了严重腐蚀环境桥梁灌注桩混凝土工作性能指标、桥梁灌注桩和墩台结构耐久性提升技术;(2)提出了强台风环境高速铁路接触网防风型整体腕臂系统、强雷电环境接触网悬挂的防雷方法、强腐蚀环境电气化装备的防腐措施;(3)揭示了路基边坡不同防护形式和不同自然森林形态的抗强降雨强台风的防护效果,提出了沿海强台风强降雨条件下路基边坡加固防护形式选择原则;(4)本文研究可为热带海洋环境高速铁路建设提供参考。

高边坡开挖支护分析

在西部道路建设中,高边坡工程日益增多。高边坡施工,建议对上级先及时进行临时支护,对下级坡体及时进行永久支护,开挖完成后再对上级进行永久支护,按类似“新奥法”原理的模式施工,能够保证高边坡稳定。