列车荷载作用下饱和路基翻浆冒泥特性研究

研究目的:重载列车轴重的提高增大了路基不同深度处的动应力,由此引发的翻浆冒泥等病害日益严重。本文开展精细化模型试验,针对重载列车荷载作用下饱和粉质黏土路基的翻浆冒泥特性进行研究,分析循环荷载幅值及加载频率对试样轴向应变、超孔隙水压力及细颗粒迁移特性等性质的影响。研究结论:(1)循环荷载幅值对粉质黏土路基翻浆冒泥特性具有显著的影响,随着循环荷载幅值的增加,试样产生的轴向应变及超孔隙水压力增大,路基翻浆冒泥程度也不断增加;(2)加载频率对路基翻浆冒泥特性有一定影响,随着加载频率的增加,试样的最终轴向应变及超孔隙水压力均有所减小,试验结束后翻冒的泥浆质量减少;结合试验现象来看,加载频率的增加并不能加剧翻浆冒泥的程度,但能显著缩短翻浆冒泥发生的时间;(3)循环荷载作用下路基内部的超孔隙水压力梯度驱动路基土体细颗粒迁移,从而产生翻浆冒泥病害;(4)本研究成果可为重载铁路路基翻浆冒泥病害的整治提供参考。

水热力作用下铁路基床翻浆冒泥力学特征试验研究

考虑基床水位线高度与冻融循环的影响,开展有砟轨道基床翻浆冒泥试验,分析动荷载作用下有砟轨道基床翻浆冒泥过程中水与细粒土迁移和泥浆形成特征。研究结果表明:在常温加载初期,水分自下而上发生迁移,随着动荷载的持续施加,基床填土内部孔隙水压力逐渐消散,孔隙水压力梯度减小,各层土体含水率趋于稳定;水位线位于基床中部时,基床上部土体处于非饱和状态,体积含水率较小,仅为26%左右,未能发生细颗粒迁移,基床表层有效应力远大于0,未形成泥浆造成翻冒;水位线位于基床顶部时,颗粒迁移较为明显,且基床表层有效应力在荷载的作用下迅速减小到0以下,并发生翻浆冒泥现象;冻结加载相较于单向冻结,冻结锋面下降速率慢,水分迁移量更大;融化加载条件下,基床上部土体先于下部土体融化形成冻土夹层,由于冻土夹层阻隔,上部土体含水率较大,在荷载作用下基床表层有效应力迅速发展到负值,更易形成泥浆导致翻浆冒泥。

铁路基床翻浆冒泥路段道砟颗粒运动及力学特性研究

为研究有砟轨道基床翻浆冒泥路段的道床动力学响应规律,自制了一套模型试验装置来模拟铁路基床翻浆冒泥过程,路基模型采用粉质黏土与道砟碎石填筑,在道床层不同位置处埋入三颗智能颗粒传感器实时监测道砟的振动加速度及运动姿态变化,分析洁净状态与不同翻浆冒泥程度对道砟颗粒加速度与运动姿态的影响。试验结果表明:泥浆侵入道床后,道床内道砟颗粒的振动变得更加剧烈,并且泥浆侵入道床程度的加深会提高道砟颗粒的振动水平;在洁净的道床中,道砟颗粒之间会产生较强的约束作用,道砟颗粒不易发生转动;无论在何种道床状态下,道砟颗粒绕横向、纵向转动的程度均大于绕竖向转动;当泥浆侵入道床之后,道砟颗粒会产生绕横向、纵向的较大转动,绕竖向旋转角度没有明显变化。

有砟铁路路基翻浆冒泥整治技术发展

有砟铁路路基翻浆冒泥病害是我国铁路线路常见病害之一,影响线路运营安全,须采取措施整治。在概述有砟铁路路基翻浆冒泥机理的基础上,对我国常用的传统整治技术进行梳理,并重点归纳总结整治路基翻浆冒泥的新技术及其应用效果,以期为今后有砟铁路路基翻浆冒泥的整治提供借鉴,保障铁路线路的安全运营。

西南某铁路翻浆冒泥机理及病害处置优化分析

路基翻浆冒泥是一种常见的铁路线路病害,严重威胁铁路行车安全,文章通过总结西南某铁路的翻浆冒泥现象,按照现场翻浆冒泥程度将病害区域分为集聚区、包裹区和影响区,按照其所占比例确定翻浆冒泥的发育程度,将病害分为道心积水、冒砂、局部翻浆冒泥、连续翻浆冒泥4个阶段。在分析翻浆冒泥产生机理的基础上,针对不同阶段提出了差异化的治理措施,最后根据西南某铁路的特点总结该铁路的翻浆冒泥病害现象,并提出了排水系统优化措施。

铁路路基翻浆冒泥病害机理及整治

路基翻浆冒泥是一种常见的铁路路基病害,主要发生在粘土或含有大量细粒土的路基中,其产生机理较为复杂,涉及水分条件、荷载作用、土体性质、气候因素、排水条件及施工质量等多个因素,其主要诱因是路基土体中的水分因素。在雨季或地下水位上升时,路基土体吸水膨胀,强度降低,当水分不能及时有效排出,水分就会在土体中的积聚,导致土体软化和液化,当水分含量超过土体的饱和度时,土体中的细粒土颗粒会随着水分的流动而移动,形成泥浆,同时在动荷载作用下,土体中的孔隙水压力升高,导致土体颗粒间的接触力减小,土体结构破坏,从而使得土体泥浆容易流动,造成翻浆冒泥现象。在铁路运营过程中,出现翻浆冒泥病害会降低路基基床及本体强度和整体稳定性,对铁路运输造成极大隐患,所以必须加强对其产生机理的研究,并有针对性的对其进行治理。

易发生翻浆冒泥的细粒土物理状态指标分析与评判

翻浆冒泥是既有铁路路基最常见的一种路基病害。通过国内外文献调研,收集30组翻浆冒泥工程实例资料和61个已发生翻浆冒泥土的实测数据样本,分析和总结发生翻浆冒泥的细粒土物理状态表征指标(塑性指数IP、液限WL、饱和度Sr、细颗粒含量P、渗透系数K)和指标区间,对物理状态表征指标进行相关性分析,筛选出3个无相关性指标(IP、Sr、P)作为易翻浆冒泥的细粒土评价指标。基于层次分析法,提出易翻浆冒泥的细粒土综合评判指标F,各评价指标权重由病害表征指标出现的频次经计算得到。研究结果表明,易发生翻浆冒泥的细粒土物理状态为:塑性指数IP大于12,液限WL大于32%,渗透系数K小于1.05×10-5 cm/s,饱和度Sr大于50%,细颗粒含量P(粉粒与黏粒所占土的百分含量)大于60%。通过实例验证,与目前评价指标相比,综合评判指标F能更好地评判土体易发生翻浆冒泥的可能性。

基床翻浆冒泥土的物理力学性质

随着列车提速和轴重大幅增加,基床出现翻浆冒泥病害的几率加大.为了进一步研究翻浆冒泥发生机理和探究其发生条件,系统研究了60多组翻浆冒泥实例,分析了翻浆冒泥土的颗粒组成、可塑性指标、渗透性及矿物成分等物理力学性质.研究结果表明:翻浆冒泥土中,绝大部分黏粒含量大于20%、粉粒含量大于20%,黏粒含量大于30%和粉粒含量大于40%的土所占数量最多;翻浆冒泥土中粉粒的含量一般要高于黏粒含量;翻浆冒泥土(主要包括砂黏土、粉质黏土、黏土和部分低液限粉质黏土)液限大于23%,塑性指数大于6.5;翻浆冒泥土渗透系数小于1.0×10^(-5)m/s;翻浆冒泥土的渗透系数与细颗粒含量之间存在较好的负指数关系.

沪宁铁路翻浆冒泥病害的地质雷达检测

根据沪宁线地质雷达检测翻浆冒泥病害的实践,研究了地质雷达检测结果的分析方法,给出路基结构分层及其雷达图像特征。根据翻浆冒泥病害特征提出翻冒通道的概念,揭示了翻浆冒泥病害沿路基深度方向和线路纵向的分布特征,提出根据一段线路翻冒通道的发育和分布型式确定其翻浆冒泥病害分类的方法。应用该方法给出了沪宁线18段共4000多米长的翻浆冒泥和下沉外挤病害线路的地质雷达检测结果,为病害路段的整治设计提供了依据。

有砟轨道路基翻浆冒泥模型试验系统的研发与应用

为研究既有线有砟轨道路基的翻浆冒泥机理,自主研发了一套能够模拟循环荷载–湿化耦合作用的模型试验系统。模型试样直径500 mm,由厚度分别为350 mm的路基土和200 mm的道砟组成,整个试样在高强度透明有机玻璃模型筒中制备完成。模型试验系统配备有监测荷载、位移、体积含水率和孔隙水压力的4种传感器,并通过高清相机对颗粒迁移过程进行图像捕捉。基于所研发的试验系统,针对辛泰铁路典型翻浆冒泥病害路段土样,开展翻浆冒泥模型试验。试验结果表明:动孔隙水压力是导致翻浆冒泥病害产生的关键因素。随着体积含水率的增加,动孔隙水压力引起的颗粒迁移量逐渐增加;在饱和状态下,会引起大量颗粒迁移,翻浆冒泥现象显著。试验结束时,道砟污染指数达到25%,在实际工程中已严重影响铁路的正常运营,有必要对污染道砟进行换填。

轨道不平顺引起路基翻浆冒泥机理研究

在朔黄线翻浆冒泥较严重的区段进行了现场试验,对比了钢轨轨缝处和钢轨平顺段的动应力幅值大小,列车的轴重、运行速度对路基竖向动应力的影响。试验表明:正对钢轨接缝处路基的竖向动应力约为平顺段的1.6倍,此时传给路基的荷载不能简单地认为是循环荷载而是冲击荷载,路基土在降雨和过大动应力下迁移到线路表面进而表现为翻浆冒泥;竖向动应力随轴重的增加呈非线性增长,随着速度的增长以波浪形式增长。

铁路路基翻浆冒泥的机理分析和整治研究

分析路基翻浆冒泥病害的发生机理,根据试验室试验、现场试验、数值分析和实际观测结果,就防止翻浆冒泥的工程措施进行了理论分析,提出了经济合理、技术可行的整治措施。

兖石铁路基床翻浆冒泥产生机理与整治对策

文章介绍兖石线基床翻浆冒泥的基本特征和产生过程。利用沿线路基膨胀土掺入高分子聚合筑路剂制成不同配比的聚合土小试件,分别测试其水理力学性能指标,从而确定最合理的材料配比。现场施工效果证明,改良后的土体具有早期强度提高快,韧性好,抗渗、抗冻融、抗老化等特点,从根本上解决了水害对基床土体的破坏。

铁路基床翻浆冒泥病害成因的细观机理分析

基于朔黄铁路基床填料动力响应特性试验数据,建立PFC2D饱和粗颗粒土动三轴数值模型,选用线性黏结颗粒接触反映粗颗粒土的黏结特性,从细观力学和几何学角度研究翻浆冒泥病害形成的细观机理。结果表明:该数值模型能较好地反映粗颗粒土的动力响应特性。振动荷载通过改变土体颗粒与颗粒之间的接触荷载,破坏颗粒间的黏结键,形成自由颗粒和孔隙,造成基床软化,并最终形成翻浆冒泥病害。围压和土体颗粒间黏结作用越小,试样越容易发生软化,形成翻浆冒泥病害,基床强化应从改善基床表层和道床的围压状态以及提高颗粒间的黏结强度两方面采取措施。

无砟轨道路基翻浆冒泥整治用聚氨酯灌浆材料的研制

以多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)、聚醚多元醇、1,4-丁二醇、三丙醇胺、溶剂油和水为原料,通过探讨不同因素对材料膨胀压、弹性模量和黏度等性能的影响,制备出无砟轨道路基翻浆冒泥整治用PU(聚氨酯)灌浆材料。研究结果表明:当w(水)=0.6%、w(1,4-丁二醇)=10%、w(三丙醇胺)=15%和w(溶剂油M)=8%(均相对于多元醇和交联剂总质量而言)时,灌浆材料在发泡膨胀后的弹性模量超过200 MPa、黏度低于300 m Pa·s,可用于无砟轨道路基翻浆冒泥的灌浆整治。

重载铁路隧道隧底翻浆冒泥整治技术研究

分析重载铁路隧底翻浆冒泥的成因机理,对比分析铁路隧道隧底翻浆冒泥整治方法,并对两侧设排水井、隧道中心设排水井以及两侧设置深水沟3种隧底降水方案进行了数值分析。分析结果表明,两侧设置深水沟能有效降低仰拱中心处的水压力,能够根治隧底翻浆冒泥病害,并给出该降水方案相配套的施工工艺。研究结果对重载铁路隧道隧底翻浆冒泥病害处理具有借鉴意义。

利用水平集水管整治翻浆冒泥病害

大巴山隧道病害主要有洞身渗漏水、衬砌破坏、基底翻浆冒泥等,其中翻浆冒泥病害段的长度约450m,占隧道总长的8.4%。结合基础地质与水文地质工作,从地下水“质”的角度分析翻浆冒泥病害的成因;在整治措施上,重点提出水平集水管技术并对病害地段进行了设计优化。

论铁路路基翻浆冒泥病害与发生机理

根据研究地质雷达图像的判释方法,在完成的沪宁线和东陇海线大量地质雷达探测的结果上提出翻冒通道的概念,揭示翻浆冒泥病害沿路基深度方向和线路纵向的分布特征,提出根据一段线路翻冒通道的发育和分布型式确定其翻浆冒泥病害分类的方法,应用该方法给出了沪宁线18段共4000多m长的翻浆冒泥和下沉外挤病害线路的地质雷达检测结果,为整治设计提供了依据.图3,表1,参6.

全面整治翻浆冒泥病害的探讨与实践

通过对线路翻浆冒泥病害发生机理的分析 ,将其发展过程分为四个阶段 ,根据不同阶段采取不同的整治措施。特别强调了排水通畅和在清筛过程中补设路拱的重要性。

压浆整治隧道基床翻浆冒泥的实践

介绍利用压浆技术对七家沟隧道基床翻浆冒泥病害进行整治的设计、施工、质量控制及效果。压浆技术简便、安全,对行车干扰小,浆液初期强度较高,施工质量容易控制,是一种较好的整治技术。