影响粗粒硫酸盐渍土盐胀特性的敏感因素研究

为了明确影响典型粗粒硫酸盐渍土路基盐胀特征的敏感参数,提出相关的敏感参数量化分析模型及其影响因素和因素间交互作用的量化指标。采用5 mm筛法的易溶盐测定方法,基于典型粒径的粗粒硫酸盐渍土,以单因素试验结果为基础,采用二次回归正交设计法提出了多因素交互作用下的粗粒硫酸盐渍土的盐胀率预报模型,同时采用SPSS软件对各敏感性因素进行逐步回归分析,研究结果表明:敏感因素的量化指标依次是易溶盐(46%~37%)、荷载(43%~29%)、水(12%~6%)、易溶盐与荷载的交互作用(7.6%)、易溶盐与水的交互作用(2%),其中,易溶盐对盐胀率为促进作用,水会因含盐量不同而对盐胀率的作用产生变化,荷载、易溶盐与荷载的交互、易溶盐与水的交互均对盐胀量具有一定的抑制作用;初始压实度对盐胀率具有一定的促进作用,但由于其特殊的级配特征,初始压实度在89%~97%范围内对盐胀率的影响效果并不显著。

持续动荷载作用下基床粗粒土填料累积塑性应变试验研究

粗粒土填料在重载铁路基床层广泛应用,其受列车动荷载影响明显,研究基床粗粒土在持续动荷载作用下的累积变形有重要意义。通过制作不同含水率的粗粒土试样,对试样开展不同围压、不同动应力幅值的大型动三轴试验,分析试样在持续动荷载作用下轴向累积塑性应变的增长特点。基于安定理论,划分不同条件下试样的动力行为,探讨含水率对粗粒土试样累积塑性应变的影响,得出不同动力行为之间的临界应力表达式。建立塑性蠕变动力行为累积塑性应变预测模型,模型的准确性验证表明:此模型在动荷载重复次数N≥50 000时有较高准确性。试验结果对重载铁路基床层动力稳定性评价有参考价值。

高速铁路粗粒土填料级配改良试验

为使高速铁路路基填料符合填筑要求,探讨路基填料级配改良后的物理力学特性,对其填料进行级配改良试验研究。通过向素土中掺加不同比例的碎石,制成4种不同颗粒级配的改良填料,对素土和复合砾进行击实试验和大型三轴剪切试验,并对其中3种进行现场填筑试验。研究结果表明:试料的最大干密度随粗颗粒质量分数的增大呈先增大后减小的趋势,最优含水率随粗颗粒质量分数的增大呈线性减小;试样的黏聚力c、内摩擦角φ及切线弹性模量Et随粗颗粒质量分数的增大而增大;在现场填筑试验中,素土的压实性能较差,各项路基检测指标较低,而改良后的复合填料压实性能较好,各主要检测指标有较大幅度提高;路基填料经级配改良后,压实特性显著提高,能较好地应用于高速铁路路基填筑。

重载铁路基床粗粒土填料的静力特性研究

研究目的:粗粒土因其良好的工程力学性质,是重载铁路路基的核心填料,粗粒土填料在大轴重列车作用下的变形特性直接影响路基整体稳定及行车安全。静力特性研究是动力特性研究的基础,因此本文通过开展大型三轴剪切试验和有限元分析,对粗粒土填料在静载作用下的变形规律进行研究。研究结论:通过对粗粒土填料的静力特性研究得出:(1)饱和试样的应力应变关系呈现近似理想弹塑性,非饱和试样的应力应变关系属于应变软化型;(2)粗粒土填料的峰值剪切强度随着含水率的增加而降低,随着压实度和围压的增加而增大;(3)基床层路基中心线上正应变ε_y和变形U_y随着含水率的增加而增加,随着压实度的增加而减小;(4)该研究成果可为我国重载铁路基床设计和养护提供参考依据。

加筋软岩粗粒土路堤填料大型三轴试验研究

为研究加筋粗粒土填料的强度变形特性及加筋效果,进行加筋强风化软岩粗粒土固结不排水和固结排水大三轴试验。试验表明:加筋填料的应力–应变关系表现为应变硬化型;轴向应变较小(εa<1%)时,加筋填料效果不明显,随着轴向应变的逐渐增大加筋效果逐渐发挥。加筋填料的孔隙水压力均高于素填料,随着加筋层数的增加均有不同程度的提高。加筋效果系数均>1.0,一层加筋填料加筋效果系数为1.09～1.21,二层加筋填料加筋效果系数为1.30～1.71,三层加筋填料加筋效果系数为1.31～1.72。加筋前后填料的内摩擦角?基本不变,填料的黏聚力增大。加筋填料的本构关系可以用Duncan-Chang模型来描述,依据试验结果求得模型参数。

红砂岩粗粒土流变工程特性试验研究

在自行设计的粗粒土单轴流变试验仪上,进行红砂岩粗粒土流变试验,分析红砂岩粗粒土的流变特性。流变试验结果表明,在比较低的应力状态(轴向应力σ≤0.8MPa)下,红砂岩粗粒土表现出线性黏弹性;在较高的应力状态(轴向应力σ>0.8MPa)下,红砂岩粗粒土表现出非线性黏弹塑性。为描述红砂岩粗粒土的非线性黏塑性变形特征,提出一个新的双曲线型黏塑性体,将双曲线型黏塑性体与Burgers流变模型串联,建立一个新的红砂岩粗粒土非线性黏弹塑性6元件流变本构模型,该流变本构模型能很好描述红砂岩粗粒土的非线性流变特征。同时,通过红砂岩粗粒土流变试验曲线,采用改进的最小二乘拟合方法确定该流变本构模型参数;流变试验曲线和该流变本构模型的理论曲线进行对比,对比结果验证了该模型合理。

戈壁地区高速铁路路基填筑试验研究

通过兰新铁路第二双线路基试验段某工点戈壁土现场填筑试验,采用地基系数、静态变形模量、动态变形模量、孔隙率4种参数对路基质量进行检测,探讨戈壁土的物理特性、含水率、碾压机械、压实厚度等不同施工参数对压实效果的影响,提出合理碾压组合工艺。由力学检测指标间相关性分析表明各指标间具有一定的相关性,但相关性一般。由物理检测指标间相关性分析可知孔隙率检测标准有待减小。提出戈壁地区压实检测标准建议值,现场实测时建议以地基系数和孔隙率或压实系数为主,可有效保证填筑质量,加快施工进度。研究结果可为类似工程质量控制、检测提供参考。

重载铁路路基压实粗颗粒土填料动力破坏规律试验研究

重载铁路常常通过提高货车轴重来达到增加运量的目的,而大轴重货车运行会对路基粗颗粒土填料产生较大的循环动力作用,这容易导致路基塑性变形过大甚至使路基发生破坏,而这些病害均与粗颗粒土填料的动力破坏规律有关。为研究该类填料在动力作用下的破坏规律进行了一系列大型动三轴试验,分析了围压和含水率对填料塑性变形增长的影响,根据塑性变形增长的特点将试样分为了稳定试样和破坏试样,由此得出了临界动应力的表达公式,并探讨了不同轴重下路基破坏的可能性。此外,还分析了围压和含水率对粗颗粒土填料动强度的影响,结果表明,填料静、动强度之间具有很好的相关性,通过归一化处理提出了利用静强度推求相应动强度的公式。

巨粒土高填路堤现场填筑试验研究

对重要的路堤填筑工程,国内目前一般都采用试验段法来确定填筑施工参数,已取得良好的效果。通过对河南S325侯饭线巨粒土高填路堤现场填筑试验,采用沉降量、灌水法以及弯沉等多种方法对路基质量进行检测对比,探讨巨粒土的压实机制以及颗粒级配、含水率、碾压机械、铺土厚度以及碾压遍数等不同施工工艺参数及不同参数的组合对压实效果的影响,提出巨粒土现场压实质量控制应以沉降差为主,并结合施工工艺参数的方法来控制,该法可有效保证填筑质量,加快施工进度,并可对类似工程的质量控制、检测和评价提供参考,具有重要的实用价值。

基于大型动三轴试验的粗粒土累积塑性应变概率模型研究

路基填土在长期交通动荷载作用下的累积塑性变形存在离散性。通过一系列粗粒土大型动三轴试验分析其累积塑性应变随围压、动应力及含水率的发展趋势和变化规律。结果表明:累积塑性应变及其稳定值随动应力的增加而增大,随围压的增加而减小,说明增大围压能有效抑制土体累积塑性变形的发展;土体的动力稳定性随含水率的减小而增加。基于半对数预测模型,运用灰色系统关联理论探究模型参数与含水率和动静应力比的相关性特征,并通过正态性检验论证得到控制粗粒土累积塑性应变发展速率的模型参数服从正态分布。基于概率失效理论,提出预测粗粒土填料累积塑性应变的概率模型,可较好地预测粗粒土填料在循环动荷载作用下的累积塑性应变发展区间。

冲击碾压联合强夯分层填筑压实试验研究

为了研究在粗粒土高填方工程中冲击碾压联合满夯进行分层填筑压实的效果,首先开展强夯与冲击碾压专项试验,获得两种压实方法的施工参数,然后在试验区进行冲碾联合强夯分层填筑压实施工,并对填筑效果进行检测。开展强夯专项试验,由单点夯试验确定了强夯最佳击数,通过进行取消满夯试验,获得了不同施工流程的施工效果;开展冲碾专项试验,通过干密度、固体体积率、碾压沉降量检测确定了不同虚铺料厚度、不同碾压遍数下的冲碾效果。在试验区联合使用两种工法进行分层填筑压实,结果表明:工程施工进度快,无论强夯处理层还是冲碾处理层都能达到设计要求,整个填筑体的压实质量高。

粗颗粒盐渍土力学参数的现场直剪试验研究

通过对典型粗颗粒盐渍土场地角砾土进行现场直接剪切试验,研究了粗颗粒盐渍土的强度特性及参数取值。试验结果表明:粗颗粒盐渍土强度参数由黏聚力和内摩擦角组成,盐分的胶结对黏聚力的影响比较明显,颗粒的组成则对内摩擦角影响较大。同时,对于角砾类粗颗粒盐渍土,当存在盐胶结作用时,建议黏聚力值在45~80k Pa、内摩擦角在34~38°之间选取;当角砾类盐渍土结构松散时,建议黏聚力值在9~15k Pa、内摩擦角可在33~38°之间取值。该研究成果可直接为粗颗粒盐渍土地区的工程设计提供借鉴。

桩承路堤土拱效应现场试验与分析

桩承路堤在路堤自重作用下形成竖向土拱,并通过土拱传递荷载,其浅层荷载传递机制直接影响到桩土的协调工作和地基的加固效果。为研究桩承路堤中竖向土拱效应的特性,通过设置试验段进行了现场试验,对采集到的应力与变形数据进行了分析处理。研究结果表明,刚性桩支承路堤中存在明显的竖向土拱效应,且在路堤浅层采用粗粒土填料填筑有利于路堤中连续、稳定的土拱的形成,能够起到更好的加固效果。最后提出了一些合理化建议,可供设计与施工人员参考。

大粒径粗粒土相对密度试验方法研究与应用

结合拉哇特高面板坝堆石料的设计填筑级配,采用数值试验和现场试验手段,研究了影响大型密度桶试验精度的主要因素,提出了堆石料的孔隙率和相对密度双控填筑指标,并结合碾压试验成果验证其适用性。结果表明:①对于难以充分拌匀的大粒径粗粒土现场密度桶试验,采用人工分层装样方式,可有效减小试验结果的离散性。②密度桶尺寸的选择对试验结果影响较大,过大的尺寸带来较高的试验成本,甚至难以实施,过小的尺寸会带来明显的容器边界尺寸效应。综合现场实际情况,密度桶试验尺寸满足最小径径比和高径比分别在4.0,2.0左右时,试验结果的尺寸效应相对较小。③随着最大粒径的增加,密度桶试验的极值干密度均呈现增加的趋势,但当最大粒径达到300~400 mm以后,极值干密度基本稳定,试验结果可以作为压实设计和填筑质量控制的依据。④试验得到拉哇角闪片岩堆石料的双控填筑指标为:孔隙率不高于19%时相对密度不低于0.73。采用32 t振动碾振动碾压12遍,即可满足要求。⑤采用水平分层碾压的大粒径粗粒土,适当提高压实层厚度与最大粒径的比值,可以取得更佳的压实效率。堆石料取松铺层厚1.0 m左右、最大粒径400~600 mm,是一种较优的压实方案。研究成果可直接应用于大粒径粗粒土的填筑设计和评价,具有较强的应用价值。

土压力盒测粗粒土K_0的影响因素分析

研究土压力盒测粗粒土静止土压力系数K0的试验中,大型压缩试验每级荷载合适的加载时间,以及充填料对试验的影响。对长河坝覆盖层料进行小型压缩试验,分析沉降与时间的关系;并确定压缩试验中,每级压力下沉降稳定需要的时间。结果表明：当压力较小时,沉降稳定较快;当压力较大时,沉降稳定较慢。试样密度较大时,沉降稳定时间较短;试验密度较小时,沉降稳定时间较长。在土压力盒受力面分别采用砂包覆盖、细料覆盖两种方式的情况下,对埋置土压力盒的长河坝覆盖层料进行大型单向压缩试验,研究充填料对土压力盒测量的影响。结果表明：充填料的选择对计算静止侧压力系数有较大影响,当选择2～5 mm砾石作为充填料时,能测得较为接近实际的静止侧压力系数。

戈壁地区高速铁路路基填筑工艺研究

戈壁地区的路基填料以粗颗粒、低含水量为主要特点,国内外关于戈壁地区填料用于高速铁路路基的研究很少。为给兰新高速铁路第二双线的修建提供技术支持,通过试验段柴窝堡工点的现场试验,分析了填料的性质,提出了戈壁地区高速铁路路基填料碾压工艺等一整套的填筑方法以及施工中应注意的问题。

高速铁路填方路基粗粒土细观力学性质的离散元模拟

基于离散元方法,建立一个表征填方路基粗粒土细观力学性质的颗粒流模型。同时,利用三维颗粒流程序PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,真实地模拟了粗粒土的颗粒级配曲线。通过大量的颗粒流数值模拟试验,准确地标定了表征粗粒土细观力学性质的相关细观参数。计算结果表明:离散元模拟结果和室内土工试验结果基本一致,粗粒土呈现出较大的体缩和体胀性,同时分别对比了不同围压下,路基粗粒土离散元模拟与室内三轴试验下的应力-应变曲线,其变化规律基本一致。

动力及湿化作用下粗粒土路堤填料的力学性能

为研究粗粒土路堤填料在动力湿化作用下的力学性能,结合动、静三轴试验探讨不同动力和湿化条件下粗粒土试件的轴向永久变形特性,分析不同动偏应力σ_(d)、含水率ω及荷载频率f影响下粗粒土路堤填料的力学和变形特性。试验结果表明:粗粒土路堤填料的轴向永久变形随着动偏应力σ_(d)、土体含水率ω、荷载频率f的增加而增大,但轴向永久变形主要发生在动力加载前期,当加载次数达到1000次时,各试件的轴向永久变形达到总变形的83%以上,之后轴向永久变形趋于稳定;粗粒土路堤填料试件在静三轴压缩试验中的应力应变关系表现出明显的非线性,动偏应力σ_(d)、土体含水率ω、荷载频率f越高,试件在静三轴试验中达到同一轴向应变所对应的偏应力越低;在不同动力及湿化条件下,粗粒土路堤填料试件的黏聚力c和内摩擦角ϕ均随动偏应力σ_(d)、含水率ω、荷载频率f的增加而降低,而其体应变ε_(v)则相反。

级配对粗粒土力学特性影响的颗粒流模拟研究

运用三维颗粒流软件PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,模拟粗粒土真实级配,建立一个研究高铁填方路基粗粒土力学特性的颗粒流模型,标定了表征粗粒土细观力学性质的模型参数,并验证了模型的有效性。考虑粗粒土曲率系数和不均匀系数对颗粒级配的影响,模拟并研究了五种不同级配下粗粒土在三种不同围压下的力学特性。结果表明:当粗粒土有效粒径与中值粒径及限制粒径的差距过大时,粗粒土中颗粒填充及致密性将变差,变形增大,强度降低;级配良好且不均匀系数较大,其力链分布越均匀,颗粒的挤压效果越显著,力的传递和分配也越均匀。

高铁路基粗粒土填料静力特性大型三轴试验研究

选取宁杭高铁德清站路基填料站现场典型粗粒土填料制备试样,在100,150,200,300 kPa围压下开展大型三轴固结排水剪切试验,得到相应的应力-应变和体变特性曲线。试验表明:围压越大,偏应力达到稳定值所需的轴向应变越大,当围压为300 kPa、轴向应变达到15%时,偏应力仍在继续增长。不同围压条件下的试样剪切初期均表现为剪缩,随着轴向应变增加,体积应变逐渐减小甚至过渡到剪胀。根据试验结果,选取不同围压下的峰值强度作为归一化因子,对填料的应力-应变关系进行理论分析,得到归一化偏应力与轴向应变的拟合关系曲线。由该曲线确定相关参数后,能较好地预测填料的应力-应变关系。