干湿循环对水泥改良土疲劳强度影响的试验研究

通过振动三轴试验,研究干湿循环过程对水泥改良粉质粘土和水泥改良粉土疲劳强度的影响。结果表明:在动应力作用下,两种改良土的破坏均为脆性破坏;干湿循环次数对水泥改良土疲劳强度的影响与土类有关,而改良粉质粘土疲劳强度经1次干湿循环后,趋于稳定,而改良粉土疲劳强度经2次干湿循环后才趋于稳定;稳定后的疲劳强度大约下降为静强度的38%左右。水泥改良土的破坏塑性应变随干湿循环次数增加有所增加,但是不超过2%。     

干湿循环过程导致水泥改良土强度衰减机理的研究

水泥改良土是铁路路基工程中重要的填料。通过试验研究干湿循环过程对水泥改良粉质黏土与粉土强度衰减的影响程度,分析干湿循环过程导致水泥改良土强度衰减的机理,并进行了试验验证。结果表明,土料中黏粒团的干缩湿胀变形是引起干湿循环后改良土强度衰减的主要原因,适当降低改良土料中黏粒的相对含量可以有效提高干湿循环后改良土的强度。对于粉质黏土,采用掺砂方法,可使干湿循环后的水泥改良粉质黏土强度降低率减少50%。前2次干湿循环是导致改良土强度降低的主要过程,第3次干湿循环后,改良土的强度变化将趋于稳定。     

膨胀土干湿循环试验研究

研究目的:通过中等膨胀土扰动击实样品的不同干湿循环路径,进行1~12次的干湿循环试验,探讨抗剪强度、膨胀率、膨胀力与干湿循环路径、循环次数的关系,明确干湿循环的试验条件以及干湿循环特征循环参数,从而为膨胀土边坡稳定性分析提供干湿循环试验依据。研究结论:(1)中等膨胀土扰动击实试样的干湿循环试验,随着干湿循环次数的增加,抗剪强度随之减小,经过5次干湿循环后,抗剪强度收敛趋于稳定;(2)经干湿循环后,膨胀土的膨胀率和膨胀力均具不可逆性,随着干湿循环次数增加而随之减小,5次干湿循环后膨胀率和膨胀力收敛趋于稳定,5次干湿循环可以作为干湿循环试验的特征循环参数;(3)本研究成果可作为干湿循环的标准试验方法,为膨胀土边坡稳定性分析提供依据。     

湿化作用下重载铁路改良膨胀土动力响应与累积变形试验研究

以蒙华重载铁路改良膨胀土路基试验段为依托，针对水泥改良土路堤、石灰改良土路堑两种形式路基开展不同轴重、不同干湿状态下现场激振试验，分析动应力、动加速度分布特征及振动累积变形发展规律；通过室内动三轴开展素膨胀土、水泥改良土、石灰改良土分别在4个不同含水率和4种不同应力水平下动力湿化变形试验，研究湿化幅度、动应力幅值对膨胀土及改良土累积应变特性的影响规律。研究结果表明，动应力和动加速在基床底部衰减率可达80%,且路基刚度越大，动应力、加速度沿路基深度衰减越快；同一深度下动力响应浸水状态大于干燥状态，且轴重越大，影响更为显著，湿化作用显著削弱路基对动应力与动加速度的衰减能力，水泥改良土抗浸水能力相对石灰改良土更强；路基面累积变形在浸水后随轴重和振动次数增加而增加，且在相同振次情况下，素膨胀土及其改良土累积应变均在湿化幅度超过2%后急剧增加，且动应力越大，应变增长速率越快，改良土累积变形速度仅为素膨胀土的1/8～1/5,石灰与水泥改良后均可有效抑制膨胀土的湿化变形；基于动三轴试验数据，建立累积应变的预估模型，得出素膨胀土及改良土模型参数与湿化幅度之间的经验关系。     

蒙巴萨膨胀土抗剪强度衰减特性研究

研究目的:蒙内铁路在蒙巴萨地区以深路堑形式穿越大面积的膨胀土地段,由于膨胀土具有强胀缩性、裂缝性、强度衰减等特殊工程性质,对铁路的安全运营产生较大影响。蒙巴萨地区为热带草原气候,雨量充沛,光照充足,膨胀土易在大气干湿循环作用下发生抗剪强度的衰减,造成路堑边坡的失稳。因此,有必要对膨胀土在干湿循环作用下抗剪强度的衰减特性进行研究,从而为路堑边坡的防护与治理提供参考和借鉴。研究结论:(1)干湿循环效应使土体抗剪强度降低,其中黏聚力随干湿循环次数和含水率变化范围的增加而降低,黏聚力和内摩擦角均随试样含水率的增加而降低;(2)膨胀土的黏聚力随干湿循环次数的增加而降低并逐渐达到稳定值,稳定值大小和达到稳定时的干湿循环次数与含水率的变化范围相关;(3)膨胀土抗剪强度衰减主要是由于土体内部裂缝发育和土颗粒间相互作用减弱;(4)本研究成果对肯尼亚膨胀土路堑边坡的防护和治理具有一定的参考意义。     

石灰改良膨胀土用作无砟轨道铁路填料研究

武汉至孝感城际铁路采用无砟轨道,对填料的要求高,而武汉至孝感城际铁路沿线能直接用于填筑的填料严重匮乏,沿线附近仅有少量填料只能满足基床底层的填筑要求,路基本体填料需采用膨胀土作为填料。通过改良试验研究,确定膨胀土改良是否可以满足本线的路堤本体填筑以及改良土的合适的掺灰比。天河机场附近膨胀土在掺入6%生石灰改良后,膨胀土改良土可以作为无砟轨道铁路路基本体的填料。     

阳安二线膨胀土填料改良研究

拟建阳安二线沿线膨胀土广泛分布,膨胀土不能直接作为路基填料,如果选取合格填料,运距较远、投资大,而且挖方地段的膨胀土又得弃掉、占地多,极不经济。通过选取现场两处代表性取土场取样,生石灰粉作添加剂,按4%、6%、8%、10%四个级别的掺入比做室内改良试验,试验表明:生石灰掺入比大于4%改良后,能达到消除膨胀性的目的,改良土有较好的水稳性和较高的强度,能满足设计要求;改良土较原膨胀土有较高的抗压强度和剪切强度,且随生石灰的掺入比增加而增大;得出了路基不同部位、不同膨胀级别膨胀土的生石灰粉掺入比,为阳安二线路基填料设计提供了理论依据。     

铁路膨胀土路基填筑试验研究

研究目的：本文结合时速200km铁路客货共线路基压实度要求，通过对不同膨胀土填料进行室内试验，提出满足路基工程要求的改良方案和质量检测方法。 研究方法：收集国内外相关资料；进行现场填筑试验；研究满足时速200km客货共线铁路要求的路堤的压实施工工艺及压实质量检验方法、评判标准等。对石灰改良土进行粉碎、拌和、碾压等施工工艺研究，提出合理的施工参数及评判标准。 研究结果：通过实验验证设计并探讨适宜的路基结构形式及边坡防护形式；对不同膨胀土填料进行室内改良试验，提出满足本线路基工程要求的改良方案；提出改良土粉碎、拌和及压实施工工艺的试验成果及适宜的路堤填筑质量检验方法。研究结论：石灰改良膨胀土的塑性指标，相对膨胀土有明显改善，液限含水量基本保持不变、塑限含水量提高、塑性指数降低；掺石灰后，最佳含水量得到增加，而最大干密度则减小。     

延迟效应下干湿循环对水泥改良粉土动力特性影响的研究

通过振动三轴试验,研究延迟效应下干湿循环过程对水泥改良低液限粉土强度的影响.结果表明,在动应力作用下,改良低液限粉土的破坏大体呈现脆性破坏.在同一延迟时间下,随着干湿循环次数的增加,改良低液限粉土的强度随之降低;在经历相同的干湿次数下,随着延迟时间的增加,改良低液限粉土强度也随之降低.延迟时间与干湿次数对水泥改良低液限粉土的强度影响较大.     

铁路路基膨胀土填料的石灰改良试验研究

研究目的：膨胀土的改良是膨胀土工程地基处理研究领域中的重要课题之一，已受到岩上科学工作者和工程师的普遍关注。合宁铁路沿线粘土具中-弱膨胀性，不能直接用作铁路路基填料，必须进行改良处理。 研究方法：本文结合合宁铁路路基试验工程，进行膨胀土填料的室内石灰改良试验研究，对比分析膨胀土改良前后的物理力学性质和胀缩性，及膨胀土填料的改良效果。 研究结论：用石灰作为膨胀土的改良剂是可行的；经石灰改良处理后膨胀土的颗粒组成、物理性质、胀缩特性均有明显改善，力学强度及水稳特性得到提高，能满足铁路路基填料的要求；石灰掺灰比中膨胀土为6％，弱膨胀土为5％；石灰宜采用三级标准以上的高等级石灰，采用低等级石灰改良时应相应增加石灰的掺入量。     

水泥粉煤灰改良粗粒土路基填料力学与收缩特性

河北省西北地区特殊气候环境下，经上部荷载作用基床底层收缩变形产生的裂隙向上扩展使得路基表层产生裂缝。针对这一问题，本文以该地区路基改良粗粒土填料为研究对象，分析其力学特性与收缩特性，并提出新的抗裂评价指标，综合评价填料工程适用性。结果表明：掺入粉煤灰后水泥改良填料力学性能降低，但填料拉压比增大；水泥掺量越低填料抗干缩性能越好，掺入粉煤灰填料抗干缩性能进一步改善，但粉煤灰存在最佳掺量；填料最大温缩应变随温度的循环逐渐增加，第3次温度循环后趋于平稳，填料对温度变化敏感度降低；从能量角度提出综合抗裂系数，得出水泥粉煤灰改良填料综合抗裂性优于水泥改良填料。     

牡蛎壳粉改良膨胀土的工程特性及微观机理研究

为探究固体废弃物牡蛎壳粉对膨胀土工程特性的改良效果,以广西宁明膨胀土为研究对象,对牡蛎壳粉掺量分别为0%,3%,6%,9%和12%的膨胀土开展一系列胀缩特性试验以及干湿循环条件下的直剪试验,并通过SEM试验分析了改良前后膨胀土的微观结构特征。试验结果表明：牡蛎壳粉可有效降低土体的胀缩性,提高土体的黏聚力。土体的自由膨胀率、无荷膨胀率、有荷膨胀率、膨胀力、线缩率等随牡蛎壳粉掺量增加而降低,在牡蛎壳粉掺量为9%时有稳定趋势。牡蛎壳粉掺量为9%时,土体黏聚力达到峰值;所有掺量土体的黏聚力均随干湿循环次数增加而降低,均在干湿循环4次时趋于稳定,且掺牡蛎壳粉土体黏聚力的降低幅度要低于未掺量土体;经历6次干湿循环后,牡蛎壳粉掺量为9%土体的黏聚力相对于未掺量土体增加了42.38%。土体内摩擦角的变化规律性不明显,但整体上掺牡蛎壳粉土体的内摩擦角大于未掺量土体。微观结果显示掺入牡蛎壳粉增强了土体的稳定性,减缓了膨胀土在经历干湿循环后裂隙、孔隙的发育。牡蛎壳粉对膨胀土胀缩特性、强度特性等具有一定的改性效果。研究结果为实现牡蛎壳粉改良膨胀土提供理论基础数据。     

水泥改良粉细砂在干湿环境下力学性能试验研究

改良土是近年来在缺乏可用性的路基填料地区中广泛采用的一种填料,对于改良后路基填料的基本工程性质,反复干湿循环之后对填料强度的影响及其影响机理关注较多,而对在长期干燥或长期潮湿环境下改良土的工程性质还缺乏探讨.本文对内蒙地区(新建包神铁路)工地现场的粉细砂土样进行水泥改良,将不同龄期的试样分别放在干燥、潮湿、干-湿交替3种不同环境中一段时间后,检测试样的无侧限抗压强度、含水率和质量变化,通过分析试验数据,从而了解改良粉细砂在不同环境下的工程特性.     

花岗岩全风化层及其改良土的试验研究

研究目的:高速客运专线对路基变形要求非常严格。虽然针对全风化花岗岩及其改良土的公路路用性能目前研究较多,但能否用于高速铁路基床底层或路基本体填料的研究国内外尚不多见。基于此,本文通过大量的土工试验和理论分析,研究了花岗岩全风化层及其改良土的强度机理、压缩特性、水稳定性以及干湿循环强度衰减特性等。研究结论:通过对花岗岩全风化层及其改良土的试验研究,得出:(1)对于水泥改良土,其塑性指数随水泥剂量增加而降低;(2)随水泥量的掺加,最优含水量变化不大,花岗岩全风化层化学改良土的力学指标均有所增大;(3)经过改良之后的花岗岩全风化层能用于高速铁路基床底层或路基本体填料,这为高速客运专线花岗岩全风化层路基填料的选择和应用提供了理论依据,具有重要的理论价值和工程实用意义。     

改良膨胀土新线路基施工质量控制技术

膨胀土遇水膨胀、脱水干缩不能直接填筑路基,因此必须进行改良。改良膨胀土路基施工质量控制主要包括全线取土场土质调查与膨胀土物理性质试验、改良机理分析和方案选择、改良效果比较及参数确定。改良土拌和是使膨胀土与石灰产生理化反应,降低或消除膨胀性,增强水稳性和耐久性。改良膨胀土路基填筑质量控制包括基底处理、基床以下路堤与基床底层填筑、砂填层和复合土工膜铺设、基床表层级配碎石填筑、路桥(涵)过渡段路基填筑等环节。在用改良膨胀土填筑路基过程中,应对填料的液限、塑限、击实、无侧限抗压强度、无荷膨胀率、50kPa荷载下有荷膨胀率、胀缩总率、浸水72h崩解等进行复查试验。     

基于颗粒流的膨胀土路基破坏特征分析

研究目的:膨胀土具有强烈胀缩性,常处于非饱和状态,对水分状态的变化十分敏感,并由此引起膨胀土强度和体积的变化,往往造成工程建筑物的破坏。结合新建玉蒙线膨胀土路基的修筑,利用颗粒流离散元方法,对膨胀土的干湿胀缩效应从颗粒间强度变化及颗粒体积胀缩入手进行数值模拟,分析膨胀土路基在干湿胀缩循环下的破坏特征及过程。研究结论:颗粒流数值方法可以合理再现膨胀土的室内加压平衡法膨胀力测试实验及自由膨胀率测试实验;通过对膨胀土路基进行单次胀缩及多次胀缩模拟试验,可从细观角度揭示了膨胀土路基在胀缩循环下的浅表层塌滑现象;对比现场部分填筑中路基的破坏特征,表明数值模拟与现场情况基本吻合。     

全风化泥质板岩填料改良的室内试验研究

分析了武广客运专线岳阳段路基本体填料的全风化泥质板岩工程特性,对于改良试验用填料的代表性土样进行试验,对不同配比的石灰和水泥的室内试验结果进行了研究,提出水泥改良的全风化泥质板岩在经过5次干湿循环后,其强度未见衰减,表明该填料经水泥改良有较好的水稳性.     

富水红层路基碎石改良填料力学特性试验研究

研究目的:为解决富水区红层黏土路基含水率高、无法压实等问题,本文通过向原状土中掺入一定粒径配比的弱风化红层泥岩碎石,制成不同级配和含水率的改良填料,然后进行重型击实试验、大型直接剪切试验及无侧限抗压强度试验,以获得满足铁路路基填筑要求的填料方案。研究结论:(1)红层原状土通过掺入弱风化泥岩碎石可有效降低原状土的含水率,改良填料的最优含水率为10.26%,最大干密度为2.22 g/cm~3;(2)最优含水率时改良填料的黏聚力c为29.336 k Pa,内摩擦角φ为32.86°,相较于红层天然原状土抗剪强度有明显的提高;(3)改良填料的无侧限抗压强度在含水率为8.85%时最大,达到518.80 k Pa,随着含水率的增加其逐渐降低;(4)通过混合弱风化红层泥岩碎石与红层黏土的改良填料,不仅没有改变红层黏土特性,而且能有效降低原状土填料含水率,增加抗剪强度和抗变形能力,改良后填料的含水率和压实性能满足《铁路路基设计规范》要求;(5)该改良方案可为西南富水红层地区铁路路基基床以下路堤填筑工程提供参考。     

循环动载作用下改良土路基累积塑性变形的数值模拟与试验研究

为了研究循环荷载作用下高速铁路花岗岩全风化物改良土路基的累积塑性变形特性,引入路基变形的弹塑性循环蠕变模型,进行了有限元分析并与现场试验实测值对比。研究结果表明:循环蠕变模型可以较好地模拟路基的累积塑性变形;在200万次的循环动载作用下,花岗岩全风化物改良土路基的累积塑性变形很小,所以,花岗岩全风化物经过改良以后可以用作高速铁路的路基填料,从而可以解决工程中常常遇到的弃方、借土、占地和生态、环保等方面的难题。     

水泥改良膨胀土重载铁路路基填料的可靠性研究

重载铁路路基相比普通铁路和高速铁路路基承受更大的动力荷载,对填料要求更为严格。新建蒙西至华中地区铁路煤运通道(简称蒙—华重载铁路)三荆段(三门峡—荆门)沿线分布大量膨胀土,拟采用水泥改良膨胀土作为该区段路基填料。鉴于目前中国尚无在膨胀土地区修建重载铁路的实践与案例,针对重载铁路水泥改良膨胀土路基填料可靠性研究相对偏弱。为此,首先结合室内动三轴试验,系统探索重载铁路基床底层及以下路堤结构范围内水泥掺量3%和5%改良膨胀土的临界动应力;然后借助现场试验测试路基实际动应力水平,对水泥掺量3%和5%改良膨胀土填料的可靠性进行评估。研究结果表明:基床底层水泥掺量5%改良膨胀土填料临界动应力范围148.8～233.1 kPa,大于该范围实测路基动应力水平71.45 kPa;基床底层以下路堤掺量3%改良膨胀土填料临界动应力范围142.5～249.7 kPa,大于该范围实测路基动应力水平25.25 kPa,说明水泥改良膨胀土用作蒙-华重载铁路路基填料动力可靠性满足要求。研究结果对探索重载铁路基床范围内动力水平及水泥掺量3%～5%改良膨胀土填料的可靠性评估具有重要理论意义。