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。

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。

基于傅里叶级数的火山渣颗粒形态表征与分析

路基火山渣填料的宏观力学行为和火山渣颗粒的几何形态特征息息相关。一种基于傅里叶级数的方法被提出,用以分析和表征具有凹凸特征的二维非星形火山渣填料颗粒。研究表明:傅里叶系数可以有效表征和量化火山渣颗粒的形状特征;火山渣颗粒的伸长度变异性较大,且主要取决于傅里叶系数在n=1时两个主轴方向上的幅值之比;火山渣颗粒的磨圆程度较小,棱角度与凹凸度之间的相关性较小。

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。