本文關(guān)鍵詞： 高速鐵路 膨脹土地基 低矮路堤 現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn) 滲流與變形耦合 脹縮變形衰減 路堤臨界填高 脹縮變形修正系數(shù)　出處：《西南交通大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在工程建設(shè)中,膨脹土大都屬于非飽和土范疇。對(duì)一般鐵路工程而言,膨脹土地基的脹縮變形對(duì)路基影響較小,常忽略不計(jì)；對(duì)高速鐵路無砟軌道路基而言,膨脹土的脹縮變形可能導(dǎo)致線路的不平順性加劇,影響高速鐵路的正常運(yùn)營(yíng),甚至可能引發(fā)重大安全事故。因此,在高速鐵路工程設(shè)計(jì)中,膨脹土地基的脹縮變形就必須加以考慮。目前,我國(guó)在建或勘察設(shè)計(jì)中的多條鐵路客運(yùn)專線,沿線廣泛分布膨脹土,云桂高速鐵路便是其中之一。要在膨脹土地基上修建高標(biāo)準(zhǔn)無砟軌道路基,尤其是低矮路堤或路塹,其面臨的主要問題有：(1)低矮路堤下膨脹土地基宏觀脹縮響應(yīng)機(jī)制尚未揭示。(2)缺乏較為準(zhǔn)確的低矮路堤膨脹土地基脹縮變形計(jì)算理論,尤其是脹縮變形計(jì)算修正系數(shù)不明確。(3)國(guó)內(nèi)高速鐵路膨脹土區(qū)域低矮路基和路塹的基床換填厚度、換填底面下的地基處理標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一針對(duì)上述面臨的主要問題,本文結(jié)合鐵道部科研項(xiàng)目“低壓縮性土及膨脹土地基無砟軌道沉降控制深化研究”,通過國(guó)內(nèi)外已有研究資料的詳細(xì)調(diào)研、原狀膨脹土室內(nèi)土工試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試、壓板載荷現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)、低矮路堤現(xiàn)場(chǎng)濕干試驗(yàn)、數(shù)值模擬及理論分析等手段,對(duì)膨脹土地基上低矮路堤脹縮宏觀響應(yīng)特征、滲流與變形耦合機(jī)制、脹縮變形計(jì)算理論及地基處理技術(shù)等開展研究。本文具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)論主要包括：(1)通過室內(nèi)基本土工試驗(yàn),詳細(xì)掌握了原狀膨脹土物理力學(xué)參數(shù)及脹縮變形參數(shù)；在此基礎(chǔ)上,由固結(jié)系數(shù)與有效應(yīng)力和孔隙比的關(guān)系,推導(dǎo)了考慮固結(jié)系數(shù)變化的分級(jí)連續(xù)加載固結(jié)控制方程,根據(jù)方程的解析解得到了分級(jí)連續(xù)加載的沉降計(jì)算公式,并結(jié)合原狀膨脹土分級(jí)連續(xù)加載Ko固結(jié)試驗(yàn),驗(yàn)證了理論計(jì)算公式的合理性。(2)在云桂鐵路彌勒試驗(yàn)段選取典型工點(diǎn),開展膨脹土地基原位測(cè)試,取得了壓縮模量、地基承載力等基本巖土參數(shù),探討了各種原位測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性,確立了膨脹土地基壓縮沉降計(jì)算參數(shù)的獲取原則。同時(shí),在低矮路堤現(xiàn)場(chǎng)濕干試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行了多壓板載荷膨脹土地基現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn),測(cè)取了地基相對(duì)膨脹力與絕對(duì)膨脹力,建議采用多壓板載荷現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)確定地基膨脹力。(3)首次通過現(xiàn)場(chǎng)濕干試驗(yàn),研究了低矮路堤下膨脹土地基脹縮宏觀響應(yīng)機(jī)制。結(jié)果表明,中-強(qiáng)膨脹土地基浸水飽和后不發(fā)生膨脹的路堤臨界填高約為5m,路堤填高0.9～2.7m的膨脹土地基極限相對(duì)膨脹量為14.22～8.14mm、雨季期(2014年5月～2104年9月)相對(duì)膨脹量為3.75～2.23mmm；膨脹土地基由充分飽和狀態(tài)到下一個(gè)雨季來臨前(2013年9月～2014年5月),路堤填高0.9～2.7m的地基相對(duì)收縮量為7.48～6.33mm；由地基脹縮變形引起的路基本體內(nèi)不同高度處的升降量是不同的,路堤頂面的升降量小于地基表面的脹縮量、其衰減比例隨路基填高的增加而增大,當(dāng)路堤填高為0.9～2.7m時(shí),路堤面極限相對(duì)膨脹量為11.95～5.8mm,相比地基面衰減了16.0～28.8%,路堤面干縮期相對(duì)收縮量為7.03～5.65mm,相比地基面衰減14.3～25.0%。(4)基于流體質(zhì)量守恒、Darcy定律及膨脹土彈性本構(gòu)方程,得到了非飽和膨脹土地基滲流與變形耦合控制方程,并采用考慮耦合與不考慮耦合兩種數(shù)值模擬方法,分析了低矮路堤下膨脹土地基的參數(shù)敏感性及膨脹變形特征。研究表明,增大降雨量,地基豎向、側(cè)向(滲流引起的)變形均有所增大,而增大彈性模量、路堤填高及泊松比后,地基豎向、側(cè)向變形則明顯減小；同一時(shí)間內(nèi),未考慮耦合數(shù)值模擬得到的膨脹變形、孔隙水壓力均落后于考慮耦合的；數(shù)值計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比較表明,不考慮耦合影響的數(shù)值模擬方法難以描述人工浸水條件下地基的膨脹變形規(guī)律,而考慮耦合影響的數(shù)值模擬方法與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值吻合較好。(5)結(jié)合低矮路堤現(xiàn)場(chǎng)濕干試驗(yàn),從脹縮變形計(jì)算精度及參數(shù)獲取難易程度,對(duì)比分析了直接模擬法與常體積法的優(yōu)缺點(diǎn),在膨脹土區(qū)域設(shè)計(jì)高速鐵路無砟軌道低矮路堤,建議優(yōu)先采用直接模擬法進(jìn)行膨脹變形計(jì)算；在考慮脹縮變形沿路堤本體內(nèi)呈衰減特征的基礎(chǔ)上,提出了無砟軌道低矮路堤膨脹土地基脹縮變形的修正計(jì)算方法,明確了地基表面、路堤頂面脹縮變形計(jì)算修正系數(shù)(ψer與ψerf取0.7、ψs與ψsf取0.6)；基于直接模擬法與現(xiàn)場(chǎng)濕干試驗(yàn),揭示了剛性、柔性基礎(chǔ)膨脹地基膨脹變形計(jì)算的相互關(guān)系,并提出應(yīng)用壓板載荷浸水試驗(yàn)預(yù)測(cè)低矮路堤地基膨脹變形的分析思路；最后,通過低矮路堤現(xiàn)場(chǎng)濕干試驗(yàn)與脹縮變形計(jì)算理論研究,提出了高速鐵路低矮路堤膨脹土地基處理原則,在此基礎(chǔ)上,初步提出了高速鐵路無砟軌道低矮路堤中-強(qiáng)膨脹土地基處理措施。
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【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U416.1
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本文編號(hào)：1494514