低矮路堤下膨胀土地基现场浸水试验研究

 为研究低矮路堤下中–强膨胀土地基浸水饱和后的变形特性,依托云桂高速铁路建设,通过人工浸水方式开展不同高度等尺寸路基现场浸水试验。试验采用砂孔、砂槽及砂垫层等方式多面浸水,并同步观测路基填土期、稳载期及人工浸水期地基表面与路基表面的变形。研究结果表明：从路基填筑开始到人工浸水结束,膨胀土地基的变形曲线呈“S”型分布。沿路基横断面方向,地基表面的膨胀变量呈“锅底”型分布,路基表面的膨胀变量呈“V”型分布,地基表面的相对膨胀量随路基填高的增加而呈线性递减。通过对比不同路基填高的相对膨胀量表明,地基表面的相对膨胀量均大于路基表面的相对膨胀量,地基表面的膨胀变形沿路基本体呈衰减变化。在试验成果的基础上,初步提出以路基表面膨胀变形为0作为控制标准确定路基临界填高的设计思路。现场试验的设计原则与实施方法也可为今后研究铁路路基下膨胀土地基胀缩特性提供参考。     

低黏土矿物含量泥岩浸水膨胀变形的试验研究

针对兰新二线地基中低黏土矿物泥岩分别进行了现场原位和室内原状及重塑样的浸水-加荷膨胀变形试验,得到了现场0.7 m浸水深度下上覆荷载与膨胀变形的关系以及室内不同上覆荷载下泥岩原状和重塑试样的膨胀变形特性。试验及分析结果表明:此处地基泥岩虽无蒙脱石,但具膨胀性;在不同上覆荷载(9.75,38.99,58.49,77.99 k Pa)下的现场原位泥岩浸水试验过程中,泥岩地基的膨胀变形表现出二次曲线特性;上覆荷载为9.75 k Pa时,地基膨胀变形量最大为40.94 mm。在不同上覆荷载情况下的室内泥岩浸水试验中,室内原状土样膨胀变形规律也近似为二次曲线;在无上覆荷载情况下,原状土样最大膨胀变形值为1.98 mm。由于土样内部结构受到扰动,重塑土变形特性与原状土差异很大;在无上覆荷载情况下,重塑土随着干密度增大,膨胀变形增大;随着含水率减小,膨胀变形增大;在无上覆荷载时,含水率为8%、干密度为1.7 g/cm3时的最大膨胀变形值最大,为1.37 mm;在一定荷载情况下,重塑土直接表现出压缩固结的变形特性。     

浅谈膨胀土地基设计与施工

1.膨胀土及地基上建筑物变形的特征 1.1膨胀土的特征 膨胀土固有的特性是胀缩变形,土的含水量是胀缩变形的重要条件,所以膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩具有较大胀缩变形能力,并且是变形往复的高塑性粘土,即使在一定的荷载作用下,膨胀土仍具有上述胀缩性质.其岩性特征具体表现为:土的颜色多呈黄、黄褐、灰白或花斑等色,粘土占总数的98%.一般在沟谷头部、库岸和路堑边上有滑塌或浅层滑坡,旱季地表常出现地面裂缝,雨季闭合.     

吸湿环境下膨胀土桩基抗拔承载特性足尺试验研究

为研究非饱和膨胀土中桩基的承载机理,在我国南阳膨胀土地区开展了桩基抗拔现场足尺试验研究。基于现场测试分析了浸水过程中地基膨胀变形与桩身中性点(桩-土相对位移为零的截面)的演化规律,通过桩身轴力、桩侧极限摩阻力和荷载-位移曲线揭示了增湿后桩基抗拔承载性能弱化特性。将现场足尺试验与室内模型试验结果作对比,分析了桩侧摩阻力演化与传递规律,并对增湿后桩侧摩阻力的计算方法展开分析。结果表明：浸水后膨胀土地基的膨胀变形主要发生在大气影响急剧层。浸水过程中桩身中性点不断下移,最终稳定在桩身一半的位置。由于地基增湿诱发了桩侧水平膨胀压力,浸水后桩侧摩阻力呈两端大、中部小且在中部沿深度方向线性增大的分布规律;另外,增湿导致膨胀土中毛细吸应力大幅减小,远超过水平膨胀压力对桩侧摩阻力的有利贡献,致使桩基抗拔承载性能显著弱化。     

铁路路基下膨胀土长短微型桩抗隆起研究

在非饱和膨胀土地区,地基隆起变形严重威胁着高速无砟铁路安全运营。为减弱或消除地基隆起变形,降低高速铁路工程投资,结合非饱和膨胀土地基气候影响深度特征,将传统微型桩改进为一种抗隆起的长短微型桩结构。再由若干基本假定、工作机制及应力路径分析,推导长短微型桩加固膨胀土地基后隆起量的计算方法。依托云桂铁路路基基床现场湿干试验,开展实际工程案例及设计关键参数研究,结果表明,相比天然地基,长短微型桩可有效减弱地基隆起量,减幅约60%;增大长短微型桩桩径、缩小桩间距、优化线路标高及适当增加桩长均可减弱甚至消除地基隆起变形。基于参数敏感性、影响权重比及布桩方案分析,提出膨胀土区域无砟轨道路基基底长短微型桩的抗隆起设计原则,即推荐采用"小桩径、小桩间距"长短微型桩加固无砟轨道路基基底膨胀土,长微型桩桩长宜略大于临界桩长且不应小于大气影响深度,短微型桩桩长不宜小于大气急剧影响层深度。     

有荷条件下膨胀土的干湿循环胀缩变形及强度变化规律

为获取符合工程实际的设计参数,对宁明原状膨胀土进行了有荷载条件模拟干湿循环过程的试验研究,得到其胀缩变形和强度的变化规律。结果表明膨胀土的胀缩变形过程并不完全可逆。在一定荷载变化范围内,经历相同的干湿循环次数,荷载越大膨胀土的绝对和相对胀缩率越小;土的抗剪强度随上覆压力的增大而增大,且在同一级荷载下随着干湿循环次数的增多而衰减,但随着荷载增大其衰减率变小。荷载对干湿循环过程中膨胀土的胀缩幅度及强度衰减具有明显抑制作用。     

高速铁路CFG桩-筏复合地基现场测试研究

基于沉降控制设计理念,沪宁城际铁路路基试验段采用CFG桩-筏复合地基。为探索其沉降控制机理和承载特性,对路基沉降变形、桩土应力分布、超孔隙水压力消散等进行了长期观测,获取了一些客观的数据。分析了路堤荷载作用下复合地基沉降、土体侧向变形、桩土应力沿路基横向分布以及孔隙水压力随时间变化规律,探讨了桩土应力比与荷载分担比变化规律。为CFG桩-筏结构在高速铁路软基处理中应用进一步理论研究与设计优化提供试验依据。     

膨胀土地基上建筑物的变形

膨胀土地基上建筑物的变形十分复杂，影响因素很多。为此，我们对我国不同地区，建在不同胀缩性能的膨胀土地基上的建筑物，进行了垂直变形、水平位移、侧向压力、墙体裂缝的产生与发展等多项野外观测工作，以了解结构与地基共同工作的条件下，建筑物的实际变形。本文根据试验研究结果，阐述我国膨胀土地基上建筑物变形的一般规律；建筑物变形特征；以及在某些特殊条件下，加剧建筑物开裂破坏的原因。     

膨胀土胀缩机理及其改良措施

结合宜昌紫云地方铁路膨胀土地段,从膨胀土矿物成分和结构分析其胀缩机理,选择利用生石灰改良膨胀土路基基床的措施。     

红层泥质岩干湿循环下的变形特性试验研究

泥质岩地区高速铁路开挖的路堑和隧道底部路基,许多出现了长时间持续性上拱变形现象,致使高速铁路降速运行。为研究泥质岩路基持续性上拱变形的原因,文章以成都至重庆高速铁路客运专线某中间站开挖路基持续变形现象为典型,对四川红层泥质岩原状样在侧限约束条件下的浸水膨胀与失水收缩构成的胀缩变形特性进行了室内干湿循环试验。试验结果表明:红层泥质岩在干湿循环条件下具有浸水膨胀失水收缩变形特性,循环胀缩变形量值不同,逐次产生了不可逆的变形累积,致使泥质岩在干湿循环过程最终产生了较大的净膨胀变形量;在每个浸水膨胀变形与失水收缩变形循环初期,泥质岩变形速率均是由大逐渐减小最后向零趋近,各单循环累积变形量先增加最后趋于稳定;泥质岩干湿循环中产生的累积变形量均随浸水与失水循环次数的增加而增大;累积变形量与泥质岩初始含水率相关,随着初始含水率的增加而增大。     

Field study on swelling-shrinkage response of an expansive soil foundation under high-speed railway embankment loads

This paper presents a comprehensive field investigation of the swelling-shrinkage behavior of an expansive soil ground under high-speed railway embankment loads. In this study, a test site close to the Kunming-Nanning high-speed railway (KNHR) was chosen for the construction of four full-scale field test facilities for artificially soaking the expansive soil ground. Three of the facilities consist of embankments of three different heights, while the fourth facility is for a series of plate load swelling tests. All the test embankments were fully instrumented to monitor the ground deformation and the changes in volumetric water content profiles of the foundations. The full-scale field tests were complemented by a detailed site investigation comprised of cone penetration tests (CPTs), standard penetration tests (SPTs) and a comprehensive laboratory characterization of intact expansive soil samples retrieved from the test site. The results obtained from the laboratory and field tests show that the swelling behavior of the expansive soil ground mainly depends on the embankment load. By properly designing the embankment height and considering the maximum swelling pressure the expansive ground could induce, the heave of the embankment could be controlled efficiently. The measured displacements at the ground surface are well correlated with the evolution of measured volumetric water contents within a ground depth of around 4.5?m. The majority of these displacements occurred when the ground was approaching saturation along both wetting and drying paths. Finally, a simple method based on one-dimensional test results was proposed, and a good performance was shown in predicting the heave or settlement of embankments over an expansive soil ground upon wetting and drying.     

中—强膨胀土地区铁路路堑基床动静态特性模型试验

为研究以中—强膨胀土为地基的高速铁路路堑基床在不同服役环境下的动静态特性,在实验室内进行1∶1大比例尺模型试验,分别对基床在干燥状态、降雨和地下水位上升3种服役环境下以4 Hz频率进行100万次激振,监测路堑基床不同位置的动态响应和变形规律。结果表明：轨道正下方位置基床范围内的动应力主要受服役环境影响,与激振次数关系不大;动应力沿深度的衰减曲线近似成二次曲线型;膨胀土路堑基床变形受服役环境的影响大于振动次数;干燥状态和降雨时,基床变形随着振动次数的增加先增大后趋于稳定,地下水位上升时,基底膨胀土膨胀变形,并引起基床产生回弹变形;基底膨胀土干缩湿胀过程中的“过程性变形差”会造成轨面标高反复变化,极大的增加线路维护工作量。     

柔性基础下褥垫层厚度对带帽CFG桩复合地基特性分析

带帽CFG桩复合地基应用于高速铁路处理深厚软土地基工程中,其设计有别于建筑工程的设计。工民建房屋建筑基础为刚性基础,而铁路路基直接承受上部路堤的自重和列车运行产生的动荷载为柔性基础。因此,对于柔性基础条件下CFG桩桩帽复合地基褥垫层厚度的优化十分有意义。在现场载荷试验过程中利用橡胶板模拟高速铁路的柔性路基基础,通过改变褥垫层厚度,研究桩帽复合地基沉降变形及桩土荷载分担特性。     

水泥掺量和颗粒级配对碎石基床冻融特性影响的试验研究

基于水泥稳定碎石在寒区高速铁路路基基床中应用的工程背景,借鉴公路行业水泥稳定碎石工程性能评估方法并结合寒区高速铁路路基基床的特点,通过一系列室内试验,深入研究和分析了水泥掺量、颗粒级配对碎石基床压实效果、冻胀性能、渗透性能、冻融耐久性能和温干缩指标的影响规律。研究结果表明:试验配比条件下,水泥稳定碎石基床各项压实指标均满足或超过高铁路基基床压实标准。较大粒径土颗粒的缺失,削弱了水泥稳定碎石试样的冻胀敏感性,提高了渗透性,降低了强度和水稳定性;水泥的掺加有效地弥补了粒径缺失导致的强度降低现象,但却增大了温缩、干缩变形;抗压强度随冻融次数的增加呈现整体衰减的趋势,并在经历10次冻融后趋于稳定。工程实践中,建议选用细粒土含量3%、水泥掺量3%的级配碎石作为非渗水性基床填料,去除0.5 mm以下颗粒、水泥掺量3%的级配碎石作为渗水性基床填料。     

膨胀土胀缩机理及其在控制隧道沉降中的应用

因黄土的膨胀特性导致的隧道地表沉降和变形坍塌事故屡见不鲜。为探究浅埋段膨胀土隧道地表沉降和变形控制技术,结合在建太兴铁路TXXS-2小河沟段膨胀土隧道施工,采用现场监测、理论分析和现场试验研究相结合的方法,对膨胀土的特性、胀缩机理及其影响因素进行研究,结合监控量测数据结果,提出地表沉降控制技术。通过对膨胀土微结构特征进行研究,引用了膨胀土的判别函数式,对膨胀土的膨胀潜势进行了分类,根据膨胀潜势情况指导施工;研究了膨胀土强度特性,建立了强度与含水量、干密度、饱和度的关系,并对有效蒙脱石含量对强度的影响进行研究,理论上分析了晶体胀缩的根本机理;根据对膨胀土胀缩特性进行研究,分析了隧道的膨胀潜势等级和隧道特殊地质特征,通过现场土工试验,确定了小河沟隧道胀缩影响因素及其曲线关系;通过对现场施工进行监控量测,结合关系曲线和现场情况,提出了控制地表沉降的处治措施,指导现场工程施工。     

合肥膨胀土轴向卸荷回弹变形的试验研究

为研究轴向卸荷路径下的土体回弹变形特性以及初始含水率和蒙脱石粉含量等指标的影响,以合肥膨胀土为研究对象,开展了一系列的室内一维压缩回弹试验。试验结果表明:卸荷时合肥膨胀土样的e-p曲线具有明显的先缓后陡特征;每级卸荷量越大,膨胀土产生的回弹变形量也就越大;与其他土质相比,合肥膨胀土的一维压缩回弹变形偏低;最大轴向荷载、卸荷比等指标与回弹变形指标之间具有良好的拟合函数关系;相同卸荷比条件下,试样回弹变形量随初始含水率增高而相应增大;当初始含水率较低时,试样的非饱和吸力会抑制土样的回弹变形;蒙脱石粉含量与试样的一维压缩回弹变形之间具有很好的正相关性。这表明膨胀土的胀缩性会影响到膨胀土基坑坑底土体产生的回弹变形量。     

高速铁路膨胀土路堑全封闭基床动力特性现场试验

膨胀土路堑基床病害是铁路建设中的难题之一。在分析膨胀土地区路堑基床病害特点和产生机理基础上,开展了半刚性防水结构层研发和全封闭基床设计工作。为研究新型基床结构的动力特性,在云桂铁路典型膨胀土路段填筑了100 m全封闭基床试验段,并进行大型现场激振试验。试验结果表明：①动应力、速度和加速度大小与基床服役环境有关,基床浸水后三者在干燥状态的基础上均出现不同幅度增大;②路基面动位移随距离的增加呈幂函数型衰减,其衰减拟合曲线函数表达式为y=0.562x^(-0.37);③基床动应力与激振频率关系曲线存在“双峰”现象,峰值频率分别为10 Hz和18 Hz;④激振频率位于16～21 Hz范围内时,速度和加速度随频率增加而迅速增大,其余频段二者随频率的变化不明显。     

高速铁路红层软岩路基时效上拱变形机制研究

红层软岩地区高速铁路路基在运营期出现持续上拱变形,已成为当前阻碍我国高速铁路发展的又一关键因素,为揭示引起红层软岩地基时效性上拱变形机制,以西南地区某典型红层软岩深挖路堑路基上拱变形病害工点为依托,在现场工程地质与水文地质调查分析的基础上,结合基底地应力测试、红层软岩的吸水膨胀性试验和不同水理条件下的蠕变性试验结果,从地基岩体赋存的水、力环境、红层泥岩的时效性膨胀特性和水-力耦合蠕变特性角度,建立红层软岩地基分层变形机制模型,并系统分析地基短期、中期和长期上拱变形机制和特征。研究成果表明:(1)上拱区段属红层泥岩夹薄层砂岩的近水平地层结构,开挖法向卸荷引起浅层岩体微观裂隙松弛而视显,深层岩体仍为完整,地基岩体水平切向应力显著增大导致路基变形具有明显的结构效应;(2)侧向约束轴向自由下,红层泥岩吸水的时效性变形特征与其岩性及结构特征有关;(3)红层泥岩在低应力状态下即表现出典型的三阶段蠕变变形特征,且轴向应力越小,蠕变应变比越大;(4)水-力耦合作用下红层泥岩蠕变特性更为显著,大量级卸荷情况下上拱蠕变显著增大,蠕变稳定持续时间增长;水汽-力耦合作用下仍会出现显著的蠕变变形,蠕变稳定持续时间更长,总蠕变应变相对减小;(5)根据不同层位岩体的变形机制,将红层软岩地基划分为大气影响层(C1)、水汽-力耦合变形层(C2)、水-力耦合变形层(C3)和水-力耦合封闭层(C4)。路基短期变形主要由C1层岩体引起、中期变形由C3和C4层岩体引起、长期变形由C2层岩体引起。研究成果可为红层软岩地区高速铁路路基时效性上拱变形风险评估、预测及工程控制措施的设计提供理论支撑或参考。     

铁路膨胀土路基的设计研究

研究了膨胀土的物理化学性质,归纳了膨胀土对铁路路基工程产生的各种危害,总结提出了铁路膨胀土路基的设计原则以及针对膨胀土路基的各种加固措施和方法,并且对改良膨胀土的机理进行了分析,为铁路膨胀土路基合理设计奠定了基础。