高速铁路路基粗粒土填料动静力力学特性试验研究

考虑细粒含量和含水率的影响,开展高速铁路路基粗粒土的动静力力学特性试验,分析不同静荷载和围压作用下粗粒土填料的变形和强度演化特征,研究循环动荷载作用下粗粒土的动应力-动应变特性及累积塑性变形特征。研究结果表明,含水率较高时,细粒含量、围压等因素对粗粒土强度影响不明显,含水率较低时,细粒含量10%的粗粒土配比效果最优;动荷载作用下,含水率是致使粗粒土出现较大累积塑性变形的主要原因;细粒含量为5%的粗粒土抵抗累积塑性变形的能力最强。研究成果对高速铁路路基填料设计和高速列车安全运营具有重要的参考价值。

基于荧光素和图像追踪技术的冻融循环作用下土体水汽迁移量测装置系统研究

寒区高铁路基中粗颗粒填料水汽迁移可能是路基冻胀变形的来源,直观追踪冻融循环作用下土体水汽迁移过程,有助于研究水分迁移规律,为冻胀机理提供理论依据。基于此,提出采用荧光素示踪和图像处理技术方法,直观观测土体中水汽迁移的规律。首先开展荧光素示踪、蒸发试验及图像处理技术的研究,证明示踪剂可实现冻结锋面及外界液态水迁移的追踪;而后通过改进试样筒,加入液态水隔离装置等实现可视化装置系统的研发;最后通过开放和封闭条件下水汽混合迁移和气态水迁移试验,实现了水汽迁移过程的可视化追踪。验证性试验结果表明:在开放条件下,该试验装置能够有效追踪外界水迁移的时程变化;在封闭条件下,该装置能够实时监测冻结锋面的变化过程。在粗粒土中,气态水迁移是存在的,且水分重分布主要由气态水迁移引起。

面向路基冻胀的地源热泵装置的设计与试验

针对中国季节性冻土区路基工程广泛存在的冻胀现象,通过路基工程与供热工程的学科交叉分析,提出将地源热泵技术引入路基工程。供热技术应用于路基工程的理念在于,在冬季通过人工热源主动地向路基输入热量,来实时地补偿热量损失,进而消除路基负温状态和冻胀现象。设计与制作一款面向路基工程的专用地源热泵装置,工作原理为蒸气压缩式热力学循环,换热方式为直接膨胀式,通过制冷剂的蒸发、压缩和冷凝实现地热能的搜集、品位提升和释放。该装置自成独立的制热单元,主要包括地表驱动部件和地层换热部件,前者包括压缩机、毛细管、控制器等;后者包括稳定地层集热段和冻胀地层供热段,结构型式为立式柱状。装置供热试验表明,供热温度可达50℃以上,集热温度可达?8℃以下,有效供热半径在1.4m以上。地源热泵装置具有主动供热的技术优势,可以为寒区路基防冻胀问题提供一种新方法。