碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理分析

为进一步明确碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理,本文建立无加固措施、碎石桩加固、抗滑桩加固及碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的FLAC3D数值分析模型,研究4种工况土体的水平位移、竖向沉降及抗滑桩桩身内力与变形。结合正交设计方法,探讨斜坡软弱层土体重度、黏聚力和内摩擦角对抗滑桩桩身最大弯矩的影响权重排序。碎石桩、抗滑桩加固斜坡软弱地基分别可以明显约束竖向沉降、水平位移,而碎石桩与抗滑桩联合加固能同时削减竖向沉降及水平位移。碎石桩加固斜坡软弱地基,潜在滑动面一定程度上移;联合加固时抗滑桩桩身内力及变形较直接进行抗滑桩加固有较大幅度衰减,斜坡软弱层土体内摩擦角的变化对抗滑桩桩身最大弯矩的影响远大于黏聚力与重度变化。所获结论有益于碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤时抗滑桩设计技术改善。

埃塞俄比亚铁路火山渣填料颗粒形状特征分析

火山渣是火山岩浆喷发所形成的外观不规则、内部多孔隙的颗粒体,颗粒形状特征深度影响材料工程性质。通过光学显微照相技术获得埃塞俄比亚铁路火山渣填料颗粒的平面投影图像,运用数字图像处理技术测得其几何参数,进而获得用于描述颗粒轮廓形状和棱角性的形状指数。基于数理统计分析方法,讨论粒径变化对颗粒轮廓形状和棱角性的影响规律,进行颗粒形状指数变化在粒径间的显著性检验和粒径内的离散性分析。研究结果表明:火山渣是一种呈块状且表面粗糙的颗粒材料;表征颗粒轮廓形状的轴向系数和长宽比随粒径变化不显著,颗粒轮廓形状差异不大,反映颗粒棱角性的棱角性系数、粗糙度、分形维数随粒径减小而增大,颗粒表面棱角性增强;轴向系数和棱角性系数的检验统计量F值与变异系数的幅值变化较对应的长宽比和粗糙度、分形维数更为明显,对颗粒轮廓形状和棱角性特征有更高的辨识度。

径径比对粗颗粒土干密度的影响试验研究

粗颗粒土的最大干密度与径径比(试样筒直径与颗粒最大粒径的比值)密切相关。通过不同径径比下粗颗粒土的标准干密度试验,探讨了粗颗粒土干密度随径径比的变化规律。研究发现:试验方法对径径比与干密度之间的关系影响不大,当径径比<4.7时,径径比对干密度影响较大,干密度随径径比的增大而显著增大;当径径比>4.7时,径径比对干密度基本没有影响,干密度随径径比的增大趋于稳定;为降低或避免径径比对试样干密度的影响,粗颗粒土标准干密度试验最大径径比不宜<4.7;平行试验数据的变异系数也随径径比的增大而减小,径径比越大平行试验数据越稳定。研究结果可为粗颗粒土标准干密度试验合理选取试样筒尺寸提供数据支持。

铁路路基火山渣填料工程特性试验

为了解决天然火山渣难压实、检测指标低问题,采集现场火山渣试样,开展室内土工试验,分析天然火山渣多孔隙特征、矿物成分与物理力学性质;掺配粉土质砂后进行混合土现场填筑试验,讨论不同掺配比对改良火山渣填料工程特性影响规律.研究表明:火山渣颗粒表面粗糙且内部多孔隙,其开口孔隙率与压碎率呈正相关,洛杉矶磨耗率<50.0%;细集料可以抑制改良土骨架颗粒破碎;改良火山渣材料K30指标随细集料体积分数升高先增加后降低,契合骨架空隙、骨架密实及悬浮密实3种粗颗粒土体结构过渡形式,体积掺配比为4∶1~2∶1的改良土属泛骨架密实结构,在掺配比为2∶1时达到最优工程特性.火山渣颗粒块体性好,硬度较高,掺配粉土质砂改良火山渣能显著提升其力学性能,建议采用颗粒间间隙率作为改良火山渣填料的现场压实控制指标.

火山渣铁路路基的渗透稳定性研究

火山渣颗粒由于本身含有较多的蜂窝状孔隙,导致火山渣砾石土的渗透特性有别于普通的砾石土,使得由其填筑的铁路路基极易发生雨水下渗将填料中细颗粒带走的管涌式冲蚀破坏。据此,分析火山渣砾石土填料的渗透破坏类型,运用自制加工的垂直渗透仪测定雨水在路基中下渗时的水力坡降值与临界水力坡降值,探讨雨水渗透下火山渣砾石土路基的渗透稳定性。研究表明:火山渣砾石土填料的渗透破坏类型为过渡型,其发生渗透破坏的临界水力坡降值大于9.12,远大于雨水在路基中下渗时的水力坡降值1.02,表明采用火山渣砾石土填筑的路基在雨水的长期渗透冲蚀下不会发生渗透破坏。

不同含水状态火山渣掺配土质砾砂改良填料动力特性及累积变形规律研究

具有多孔轻质特征的火山渣在水和列车动载耦合作用下的颗粒抗破碎能力及填料的变形和强度特性是影响其作为基床填料的关键问题。通过开展体积比3∶1火山渣掺配土质砾砂改良填料的室内动三轴试验,讨论了试样制备、动载及水和动载耦合作用下火山渣颗粒的破碎程度,分析了含水率及围压对改良填料临界动应力和累积塑性变形的影响规律。试验结果表明:处于压实状态的体积比3∶1火山渣掺配土质砾砂改良填料在动载及水和动载耦合作用下的相对破碎率低于3%,颗粒破碎不显著;临界动应力随含水率的增大而减小,随围压的增大而增大,饱和含水状态对应的临界动应力较最优含水状态小42%,但仍能满足普通铁路对基床底层填料动力特性的要求。

粗粒土渗透试验边壁孔隙特征及处理层最优厚度研究

室内渗透试验的边壁效应对粗粒土渗透系数的测定影响显著。从颗粒与边壁间孔隙的组成特征出发,根据边壁孔隙体积V_b与构成边壁孔隙的颗粒关联体积V_s之比,定义了试样边界孔隙比e_b。基于等直径圆堆积原理,确立了边壁颗粒的堆积模式,构建了考虑边壁处理层厚度的边界孔隙比平面几何计算模型,并通过空间和颗粒级配修正导出了e_b表达式;以e_b与试样孔隙比e相等为原则,提出了确定边壁处理层最优厚度h_(opt)的等效孔隙比法,探讨了渗透仪直径D与边壁效应的关系。研究表明:边壁引起的多余孔隙将提高边壁处的渗流速度;边壁颗粒存在两颗粒、三颗粒锐角以及三颗粒钝角3类典型平面堆积模式,与此对应的e_b依次增加;h_(opt)由试样级配、密实程度、颗粒密度、边壁颗粒堆积模式以及D等因素决定,其估算值与试验结果吻合;D超过8倍试样最大粒径后边壁效应对渗透试验结果的影响不再显著。

无砟轨道路基翻浆机理及基床排水优化设计

多雨地区无砟轨道基床翻浆是一种新的路基病害现象.通过开展室内单元填土动态模型试验,明确了基床翻浆的形成机理;针对现行无砟轨道基床排水措施,进行了基床入渗排水能力检算;基于基床表层典型排水断面最大渗出流量大于路基面最大入渗流量的原则,采用高透水材料替换路肩封闭层下级配碎石,并设置路肩排水盲沟的手段,提出了“透水式路肩”基床排水优化设计方法.研究结果表明:底座与路基面出现离缝、离缝积水、列车动荷载作用是引发无砟轨道基床翻浆的3个基本要素;现有设置于基床表层底部的防渗排水层排水性能无法满足细粒含量小于7%的级配碎石入渗能力;“透水式路肩”能够有效提高基床的排水能力,防止路基面离缝长时间积水,以避免翻浆病害的产生,所增设透水材料的渗透系数和置换深度主要由级配碎石渗透系数、基床表层底部防渗排水层导水率和横坡坡度决定.

系梁式桩网结构加固斜坡软弱地基路堤的数值模拟

为研究系梁式桩网结构应用于斜坡软弱地基路堤工程的工作机制,建立了系梁式桩网结构加固斜坡软弱地基路堤的有限元模型,开展了与无处治措施时潜在滑动面形态、稳定安全系数、土工格栅拉力、路基顶面沉降及地基侧向位移等力学响应的对比,并进行了系梁布置形式、弹性模量与厚度等核心设计参数的敏感性分析。研究结果表明:系梁式桩网结构加固后的斜坡软弱地基路基最大沉降、差异沉降以及地基侧向变形分别减小了88.7%、90.3%、96.6%,路基的稳定安全系数提高了26.2%;纵横交叉布置系梁有利于提高路堤稳定安全性,削减地基侧向位移;适当降低系梁弹性模量不会造成较大不利影响,系梁厚度不宜过薄。

火山渣掺配土质砾砂改良填料临界动应力及累积变形特性试验研究

火山渣是一种颗粒形状不规则且具多孔轻质特征的粒状特殊材料,在列车动载作用下的颗粒抗破碎能力及填料的变形和强度特性是影响其作为基床填料的关键问题。为论证火山渣用于基床结构的可行性,开展了体积掺配比2:1及3:1火山渣掺配土质砾砂改良填料室内动三轴试验,讨论了试样制备及动载加载过程中的颗粒破碎程度,分析了动应力幅值、围压及土质砾砂掺量对改良填料动力变形特性的影响规律。试验结果表明:土质砾砂的掺入能有效地抑制火山渣在制样过程中的颗粒破碎;处于压实状态的火山渣掺配土质砾砂改良填料在长期循环荷载作用下的相对破碎率低于3%,颗粒破碎不显著。不同动应力幅值下,火山渣掺配土质砾砂改良填料的累积塑性应变曲线可分为稳定、临界和破坏型.稳定和破坏型曲线可分别采用Stewart及Monisnith模型进行预测。体积掺配比2:1及3;1火山渣掺配土质砾砂改良填料的临界动应力约为静强度的0.4-0.5倍,分别能满足普通II级铁路对基床表层及底层填料动力特性的要求。

火山渣掺配土质砾砂改良填料剪切特性试验研究

为考察火山渣掺配土质砾砂改良填料的剪切特性,开展了体积掺配比2∶1及3∶1火山渣掺配土质砾砂改良填料室内三轴剪切试验,研究了火山渣掺配土质砾砂改良填料在制样和剪切过程中的颗粒破碎程度,讨论了压实度、围压对火山渣掺配土质砾砂改良填料应力-应变关系及其强度的影响规律。结果表明,火山渣掺配土质砾砂改良填料在制样过程中颗粒破碎显著,相对破碎率随压实度的提高而增大,随土质砾砂掺量的增加而减小,中低围压条件下颗粒破碎不明显;火山渣与土质砾砂在体积掺配比2∶1~3∶1的范围内,峰值强度受随围压的影响相较于压实度更为显著,结构力随土质砾砂掺量增加而增大,而内摩擦角则呈减小的变化趋势。