气态水迁移作用对季冻区高铁路基粗填料含水率的影响

为研究不同气态水迁移类型对季冻区高速铁路路基粗填料含水率的影响,以哈尔滨地区某新建高速铁路为研究对象,对路基粗填料进行气态水迁移试验,分析不同初始含水率、温度梯度、补水条件、隔水措施条件下粗填料的含水率变化情况。结果表明:两类气态水迁移模式下粗填料含水率均会上升,提高初始含水率与温度梯度都将促进水分的迁移;第一类气态水迁移模式仅产生一个含水率峰值,峰值含水率约为3.5%~6.1%;第二类气态水迁移模式下,除初始含水率为0外将产生两个含水率峰值,隔水膜处含水率约为8.2%~42.7%,第二类气态水迁移模式造成的水分积聚远超第一类,第二类气态水迁移是粗填料含水率上升的重要因素;阻断补水条件或设置隔水层能够起到降低最终含水率的作用。

纤维地聚物复合改良粗粒填料动力变形特性试验研究

纤维地聚物复合改良可提升粗粒填料强度、刚度等性能,减小受长期动载作用引发的累积塑性变形。通过抗压强度试验探讨地聚物理想组分设计及其与纤维在土中的最佳配比,然后开展纤维地聚物复合改良粗粒填料抗压、循环加卸载试验,分析块石含量、应力水平对其累积变形特性和破坏模式的影响。结果表明:地聚物中偏高岭土、硅酸钠和生石灰最佳质量比为3.6∶1∶0.8,三者在土中最优掺量为15%,纤维最佳掺量和长度为0.4%和12mm;纤维地聚物复合改良粗粒填料抗压强度随块石含量呈先增后减再增变化,块石含量30%时其力学性能最好;纤维地聚物复合改良粗粒填料动力累积应变速率随循环加卸载次数增加呈先快后慢再快发展,随块石含量、荷载水平提高,裂隙数量和扩展速率增加明显,破坏模式由剪切滑移向竖向劈裂转变。研究成果可为纤维地聚物复合改良粗粒填料动力特性认知和工程应用提供参考。

振动荷载下高铁路基粗粒土填料应变规律研究

为提高高铁路基土的安全服役性能,文中利用室内动三轴试验对高铁路基粗粒土填料进行了振动荷载作用下的动力特性试验,对比分析了不同细粒含量以及围压条件下的高铁路基粗粒土填料的累积应变曲线变化规律。结果表明,当动应力为30 kPa时,所有细粒土掺量及围压条件下土体的累积塑性应变均随着加载作用次数的增加呈现出先快速增加后缓慢增加的变化规律;当动应力为60、90 kPa时,所有细粒土掺量及围压条件下土体的累积塑性应变均随着加载作用次数的增加呈现出先快速增加后趋于稳定的变化规律。

冶炼铜选尾渣对废石粗骨料充填料浆特性的改性研究

矿山开采是我国工业的基础,直接关系到国民经济发展。冶炼铜选尾渣会对环境、土壤以及水体等产生不同程度的污染。在充填采矿法中合理利用冶炼铜选尾渣,可以有效提高资源利用率,降低环境污染。冶炼铜选尾渣对废石粗骨料充填料浆特性改性的方式进行处理,可以有效提高资源利用效率,降低二次污染,实现高效、安全的开采作业。

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。

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。

寒区高速铁路路基粗颗粒填料大型直剪试验研究

为研究寒区高铁路基粗颗粒填料直剪特性,本文进行高压实度状态下级配碎石和A组土在不同垂直压力、含水率和温度条件下的直剪试验。由于粗料含量影响,试验中的粗颗粒填料抗剪强度主要决定于粗料、细料之间的共同作用。粗颗粒土冻结强度由土中已冻结孔隙冰、颗粒间的黏聚力和咬合力、粗细颗粒本身强度共同贡献。试验结果表明:非冻结和冻结状态下的粗颗粒土剪切应力-剪切位移曲线从应变软化逐渐向应变硬化过渡;试样垂直压力、冻前含水率和温度明显影响粗颗粒填料的抗剪强度及其指标。垂直压力增大,粗颗粒土抗剪强度明显提高。在冻结状态下,随着含水率增大、温度降低,粗颗粒土抗剪强度和C值逐渐增大,内摩擦角变小。由于细颗粒和粗颗粒间的共同作用更强,与A组土相比,级配碎石在冻结和非冻结状态下抗剪强度及其指标有相似的变化规律,但有更大的C值和内摩擦角。

戈壁粗粒土填料填筑铁路路基压实评价指标研究

选取兰新铁路第二双线4个具有代表性的路基试验段,进行戈壁粗粒土填筑路基的压实质量评价指标研究。研究表明:粗粒土填料填筑路基的孔隙率偏小,但现有规范规定的孔隙率标准偏大,起不到控制路基密实度的作用,因此提出用填料的细颗粒室内击实试验得到的孔隙率换算整体孔隙率的方法控制粗粒土填筑路基的密实度;K30能较好地反映填料的塑性变形,且对压实质量敏感,比Ev2更适合作为路基压实质量的评价指标;Ev2/Ev1控制路基压实质量的实质是Ev1在起作用;规范不应用统一的Ev2/Ev1标准,而应根据填料的粗颗粒含量制定相应的Ev2/Ev1标准,填料的粗颗粒含量越多,填筑的路基的弹性变形量越小,Ev2/Ev1的规范标准应越大;Ev1的测试深度比K30大,且塑性变形在总变形中的比例也大,因此可以考虑将Ev1设定为路基压实质量的评价指标。

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。

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。

粗骨料充填料浆长距离管道输送关键技术

粗骨料充填料浆长距离管道输送存在管道磨损严重、管道接头频繁以及堵管处理困难等问题,是充填法安全高效生产亟待解决的关键技术。文中针对金川二矿区充填管网系统和充填工艺,开展了耐磨管选择、柔性接头和导水阀研制以及充填管道堵塞处理新方法研究。通过不同耐磨管材的试验,选择了直径Φ133 mm钼铬双金属和刚玉(陶瓷)两种耐磨管,并针对采用刚性耐磨管存在接头困难问题,研制了柔性接头装置。该装置一端为带卡盘的伸缩头,另一端为球形带卡盘结构的万向头,并由密封的伸缩套管和辅助配件连接。针对管道引流清洗水进入采场后降低了充填强度,研发将洗管水排出采场的导水阀装置。该装置是由阀体、阀板和曲柄连杆组成,呈现"卜"字状。装置一端连接井下供水管,另一端连接充填管,两端由塑料管连接,形成处理堵管的自备管水系统。研究结果表明:耐磨管延长了管道使用寿命;柔性接头缩短耐磨管接头时间;导水阀避免引流洗管水进入采场;堵管处理新方法保证了充填作业的安全与连续。文中所提出的关键技术在金川二矿区应用时充填作业时间由12.46 h/d提高到14.35 h/d,充填系统故障停车率由1.36次/万m^3降到0.99次/万m^3。

兰新高铁粗颗粒土填料冻胀性试验研究

针对兰新高速铁路路基冻害防治,通过不同细颗粒含量、不同含水率下的4个取土场路基填料在封闭系统和开放系统下的冻胀试验,进行粗颗粒土填料的冻胀性研究。结果表明:含有细颗粒的粗颗粒填料在冻结时可能会发生冻胀,其冻胀率取决于填料中的细颗粒含量、冻结前的含水率及冻结过程中水分补给情况;封闭系统条件下,冻胀率随含水率及细颗粒含量的增加而增大,细颗粒含量在3.76%~21.46%,处于饱和状态时填料的冻胀率可达1.1%~2.2%,冬季发生冻结时所产生的冻胀量会超过高速铁路无砟轨道高低偏差管理值,造成路基冻害;开放系统条件下的冻胀率远大于封闭系统下,压实系数为0.93时冻胀率可达3.45%~4.7%。可见,控制填料中的细颗粒含量、做好防排水设施是高铁路基防冻害首要选择的措施。

不同细粒含量下高铁路基粗颗粒填料水气迁移特征与冻胀特性

采用自行研发的水气迁移试验装置开展单向冻结试验,研究在气态水迁移和水气混合迁移2种水分迁移模式下,不同细粒含量粗颗粒填料的温度场与冻结深度、外界补水量、水分重分布、液态水迁移高度及冻胀变形的变化规律,分析细粒含量对高铁路基粗颗粒填料水气迁移特征及冻胀特性的影响。结果表明:细粒含量和水分迁移模式对粗颗粒填料冻结过程和深度的影响不显著;温度梯度是外界水分向粗颗粒填料试样内部补给的主要内在驱动;增加细粒含量,有利于液态水迁移,一定程度上阻碍气态水迁移;水气混合迁移模式下,细粒含量越高,外界补水量越大,而气态水迁移模式下,细粒含量越高,外界补水量越小;相同水分迁移模式下,细粒含量越高,粗颗粒填料试样冻胀变形越大。

高速铁路路基粗粒土B组填料剪胀特性的大型三轴试验研究

采用大型三轴试验剪切仪，对高速铁路路基粗粒土 B 组填料的剪胀特性进行试验研究。结果表明：围压和粗粒含量对粗粒土 B 组填料的剪胀性有显著影响，整体表现为粗粒含量低或围压高时剪缩，粗粒含量高且围压低时先剪缩后剪胀；当围压小于200 kPa，粗粒含量大于49．31％时，粗粒土 B 组填料存在明显的剪胀趋势，且围压越低、粗粒含量越高，剪胀时轴向应变越小。验证了轴向应变ε21与侧向应变ε3的二次函数对粗粒土 B 组填料的适应性，并在此基础上根据试验结果建立粗粒土 B 组填料关于粗粒含量、围压的剪胀判据方程。ROWE 剪胀方程能很好地反映粗粒土 B 组填料剪胀特性，参数K 可取7～12。

粗颗粒填料蠕变的缩尺效应研究

为解决高填方工程中粗粒填料蠕变的缩尺效应问题,以灰岩质填料为试验研究对象,对3种不同缩尺级配的粗颗粒土试样分别进行蠕变试验,并总结了试样的最大干密度与土样的缩尺比之间的关系,以及试样的最大粒径与土样蠕变变形之间的关系。研究表明,试样的最大干密度与其所含的最大粒径呈线性正相关关系;试样所含最大粒径与其沉降量呈正相关关系;改变试样所含的最大粒径后,土体强度产生变化,其变形性质随之变化;当轴向应力足够大时,粗颗粒填料的应变趋于定值。

重载铁路路基粗粒土填料回弹特性试验研究

粗粒土填料广泛应用于重载铁路路基基床层,填料的物理和应力状态对重载铁路路基的回弹特性有重要的影响。为研究粗粒土填料在列车循环荷载作用下的回弹特性,开展一系列循环荷载作用下的大型动三轴试验,分析粗粒土填料在不同含水率、动应力幅值、循环振次、围压条件下回弹模量的变化规律。结果表明:饱和稳定试样,回弹模量约在1000圈左右达到稳定微增长状态,非饱和稳定试样,回弹模量随循环振次的增加呈现出持续增长状态。回弹模量随着动应力幅值和围压的增大而增大,随着含水率的增大而减小。围压和动应力幅值越大,粗粒土回弹模量随含水率的增加下降得越显著。研究结果对重载铁路粗粒土填料回弹特性的认识与回弹模量设计值的取用具有重要参考价值。

冻融循环作用下含水率对粗颗粒填料水分迁移影响的宏细观试验研究

冻融循环作用和初始含水率是影响粗颗粒填料水分迁移特征和冻胀融沉变形的两个主要因素。为明确冻融循环作用下,不同初始含水率粗颗粒填料的水分迁移特征及细观机制,采用荧光素为追踪剂,以CT细观机理观测为研究手段,开展了不同初始含水率条件下粗颗粒填料的一系列冻融循环试验,探究了温度场和冻深变化、水分迁移图像、补水量变化、最终含水率分布及CT值变化规律等。试验结果表明,冻深基本随冻融循环的次数增加不断加深,初始含水率越大,不同冻融循环作用下冻深的变化越稳定。外界补水量和液态水迁移高度与初始含水率呈负相关。CT扫描结果分析表明,经历多次冻融循环后,试样中的水分迁移导致土体孔隙结构及颗粒构造发生变化,试样的密度普遍增加,孔隙率以减小为主,进而导致土体发生相应变形。

粗颗粒填料含水量的TDR测试方法研究

我国高速铁路路基主体工程设计使用年限为100年.强降雨条件下,由于路基结构开裂,部分水分入渗到路基内部,引起灾变.开展高铁路基水分运移规律的研究成为必要,路基粗颗粒填料含水量的准确测试技术是关键.利用TDR测试基本原理,通过计算设计,自主研制了三针式TDR探头.对该探头探针长度和电导率C值做了相关标定实验,并按ASTM标准对余杭某路基粗颗粒填料参数作了相关标定,研究表明,填料体积含水量与介电常数关系符合Topp公式.最后,对一组渗透柱实验中压实度90%的粗颗粒填料的含水量进行了TDR测试,与烘干法作对比,两者质量含水量相对误差控制在10%以内,验证了该探头测试粗颗粒填料含水量的可行性和准确性.

粗颗粒充填料渗透性能试验及其影响因素

详细论述了充填料渗透性能试验方法 。

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。