肯尼亚蒙内铁路黑棉土特性及路基设计运用研究

为了降低工程造价,充分利用黑棉土的工程特性,对肯尼亚蒙内铁路沿线大量分布的黑棉土进行试验研究。通过室内试验和成分模拟试验,得出了黑棉土物质成分、物理力学性质特征以及工程特性;通过现场调查及室内试验数据分析,得出沿线黑棉土分布区域的大气影响深度数据。结果表明,可以施加外部因素,通过力的相互作用,限制黑棉土胀缩对路基的影响;根据大气急剧影响深度确定黑棉土处理深度或建(构)筑物基础的埋置深度,以减小黑棉土涨缩对路基产生的不良影响,并据此采取相应的设计、施工措施,以解决黑棉土胀缩对路基产生的危害。     

埃塞俄比亚铁路黑棉土勘察方法及工程特性研究

研究目的:黑棉土是埃塞俄比亚及非洲部分国家大面积分布的一种特殊的土层,呈灰黑色、灰褐色,当地俗称黑棉土,一般具有膨胀性。目前中资公司大量进入埃塞俄比亚勘察设计及施工市场,对黑棉土的研究较少,因此,有必要在无既有经验可循的条件下,研究一套适合该国国情的勘察方法,查清黑棉土的工程特性,为铁路工程选择合适的工程措施提供基础资料。研究结论:(1)黑棉土具有中~强膨胀性、中等~高压缩性等工程特性;(2)提出加强路基排水系统设置;堑坡高度≤3 m,边坡采用灌草防护;堑坡高度3 m,边坡采用骨架护坡等防护;边坡较高时,设挡土墙;弱中膨胀土路堑基床底层换填不小于0.5 m,中~强膨胀土路堑基床底层换填不小于1 m等处理措施;(3)本文研究成果可为埃塞俄比亚的铁路、公路、轻轨交通建设等的勘察设计工作提供指导及借鉴。     

Karawang地区全风化泥岩抗剪强度及膨胀特性研究

研究目的:雅万高铁沿线属热带雨林气候,丘前缓坡与丘陵区以路基工程为主。表层为火山灰形成的黏性土,其下为第三系全～强风化的泥岩,黏土及泥岩均具有膨胀性。膨胀岩土具有强胀缩性、强裂隙性的特点,在大气影响下强度剧烈衰减容易造成路堑边坡失稳,对铁路的安全运营产生较大影响。因此,有必要对沿线膨胀岩土的膨胀和强度特性进行研究,从而为路堑边坡的防护与治理提供依据。研究结论:(1)全风化泥岩具有中等膨胀、液限高的特点,天然含水率31.3%,饱和度92%,液限56.2%,压缩系数0.313 MPa~(-1),自由膨胀率67%;(2)试样含水率和试验过程中的边界条件对抗剪强度影响较大,干湿循环次数对饱和抗剪强度影响较小;(3)失水后试样膨胀率显著增大,有荷膨胀试验应提供有荷膨胀率(δ_(ep))和有荷压缩膨胀率(δ_(avp))两个指标,δ_(ep)用于求膨胀力,δ_(avp)用于求膨胀变形;(4)本研究成果可作为雅万高铁膨胀岩土路基设计及膨胀性试验规程修编的依据。     

埃塞俄比亚至吉布提铁路(Dire Dawa-Dawanle段)膨胀土特性研究

对本项目范围内膨胀土的特性进行分析研究,提出其与国内膨胀土及当地黑棉土的差异,为本项目膨胀土路基设计提供了合理的处理措施。     

罗布泊硫酸盐岩路基盐胀敏感区域研究

以哈(密)罗(布泊)铁路罗布泊段的硫酸盐岩路基为研究对象,从温度的角度出发,设计了室内试验,确定了温度对硫酸盐岩盐胀的影响。通过建立路基试验段,埋设温度观测元件,掌握路基温度场。结合室内试验和现场试验数据进行综合分析,确定了自路基顶面以下2 m范围内为罗布泊的硫酸盐岩路基盐胀敏感区域,并提出以控制温度为主导思想的硫酸盐岩路基盐胀的防治措施,可为相关工程的建设提供借鉴。     

埃塞俄比亚铁路Mieso-Diredawa段地质勘察工作的思考

以埃塞俄比亚铁路Mieso-Diredawa段铁路为背景,综合阐述地质勘察的前期准备工作、勘察方法的应用、勘探布置原则等问题。对工程物探方法在该线中的应用以及针对当地特殊类岩土——黑棉土(膨胀土)及玄武岩差异风化问题做了一些探讨。同时也简略阐述在非洲国家开展地质勘察工作中的一些经验和体会。     

武广客运专线红黏土变形特性的研究

研究目的：客运专线对施工后的路基沉降控制要求非常严格，允许的工后沉降量特别小。武广客运专线武汉至韶关段分布有长达100km的红黏土路段，红黏土的变形特性可能对路基变形和边坡稳定产生不良影响，为避免施工后的路基边坡失稳和不均匀沉降等灾害，对红黏土的变形特性，从红黏土的应力-应变关系、固结变形和胀缩变形3个方面进行研究，提出控制红黏土的变形措施及改善其工程特性的方法。研究结论：以武广客运专线工程实例为背景，通过大量的室内三轴试验，固结试验，胀缩实验等，研究了红黏土的应力-应变特性、固结变形特性和胀缩变形特性，发现红黏土具有超固结性、固而不密，固结反剖面特性，中等压缩性，其膨胀性较小而收缩性较强等变形特性。对红黏土路段，可通过优化红黏土的粒径分布来减小红黏土的变形；采用足够大的荷载抑制红黏土地基的膨胀。在红黏土路段施工时，可采用CFG桩加固地基，采用桩板墙和锚杆加固边坡等措施，这对于客运专线实体工程的修建具有十分重要的指导意义，并可为类似工程提供借鉴作用。     

引入既有无砟高铁接轨段路基工程关键技术

研究目的:邻近既有高铁无砟轨道路基新建或扩建建(构)筑物,路基隔离防护措施研究相对薄弱,尤其是引入既有无砟高铁并轨段路基的处置措施及设计方法近乎空白。为研究引入既有无砟高铁接轨段路基工程设计关键技术,本文结合鲁南高速铁路的建设,开展鲁南高铁引入京沪高铁曲阜东站接轨段路基的临界距离、路基填料、地基处理及施工安全等分析。研究结论:(1)路基紧邻距离大于50 m时,新建铁路路基与既有无砟路基间可不采取隔离处置措施;(2)建议采用0.6 m厚级配碎石+0.6 m厚高强加筋轻质混凝土+一般轻质混凝土作为引入无砟轨道接轨段路基结构形式;(3)微型钢管桩、CFG桩、高压旋喷桩、换填轻质混凝土在控制既有无砟高铁路基附加沉降的效果上表现基本一致;(4)隔离桩可有效抑制既有无砟高铁路基面的附加沉降,隔离桩桩长越长,附加沉降控制效果越好,隔离桩间隔方式对附加沉降影响较小;(5)隔离桩同时开挖的桩数越多,既有无砟高铁路基受扰动程度明显增大,隔离桩同时开挖的桩数应控制在合理范围内;(6)该研究成果可为引入无砟高铁接轨段路基工程建设提供参考。     

炭质泥岩工程力学特性试验研究

研究目的:路基沉降问题一直是交通运输行业关注的重点。近年来,在西南山区公路、铁路建设中相继发现炭质泥岩这类特殊岩土,炭质泥岩亲水性强,受水后软化效应明显,这给沉降控制标准极高的高速铁路后期运营带来极大危害。本文结合桂广铁路某车站炭质泥岩段路基沉降治理工程,在室内通过物理、水理及力学性质试验,结合扫描电镜(SEM)试验研究该炭质泥岩的工程力学特性。研究结论:(1)炭质泥岩干密度越大,其膨胀率、膨胀力也越大;含水率越大,其体积收缩越明显,缩限含水率为7. 2%～8. 5%;(2)炭质泥岩颗粒呈多边形、面积较大的薄片状颗粒,浸水后颗粒崩解、面积减小,大孔隙明显增多;(3)炭质泥岩浸水前表现出明显的剪胀特性,浸水软化后表现为剪切压密,浸水软化前后其黏聚力和内摩擦角分别为112. 7 k Pa、4. 5 k Pa和29. 9°、8. 1°;(4)炭质泥岩软化后的压缩变形量接近浸水前的19. 6倍;浸水软化前后的压缩模量E_(s,1-2)分别为13. 0～15. 0 MPa和3. 0～5. 0 MPa;(5)本研究结果可为炭质泥岩地层的在建和拟建交通工程的设计与施工提供借鉴或参考。     

有改良层既有线过渡段承载特性及加固研究

既有线路桥过渡段存在的路基承载力不足的问题普遍存在,对其进行检测、路基承载性能评估对保证列车安全、平稳运行尤为重要。通过E_(vd)、动力触探及粘贴应变片等原位测试手段,对某既有线过渡段水泥改良表层而下卧软弱土层的路基构造承载特性进行研究,并对水泥挤密桩加固效果进行评价,得到结论:(1)路桥过渡段距桥台0~5 m区间是线路最薄弱环节,需重点加固保护;(2)基床表层水泥改良层厚度对路基承载力影响显著,轨下E_(vd)值远大于路肩E_(vd)值,最大差值高达45.79 MPa;(3)水泥挤密桩改善既有线路桥过渡段路基承载性能效果良好,加固后过渡段刚度显著增大,动土压力则明显减小。     

灰土桩加固既有铁路路基关键技术研究

研究目的:采用灰土桩加固铁路路基的方法由来已久,但灰土桩加固既有铁路路基的设计理论尚不完善,对于灰土桩的加固效果、加固后的沉降值大小、灰土桩的参数优化均需要通过数值分析及试验得出结论。基于此,本文以灰土桩加固大准重载铁路路基为工程背景,借助有限元软件对桩轴倾角、桩径、桩距、桩长等因素对灰土桩加固既有铁路路基效果的影响进行了研究。研究结论:(1)灰土桩采用45°倾角时可兼顾加固深度及应力分布均匀性;(2)根据铁路路基实际尺寸合理选择桩径,一般桩径宜取0. 25～0. 3 m;(3)桩间距取3-4倍桩径时加固效果最好;(4)对斜向灰土桩复合路基设计参数的调整优化,应首先考虑桩长的影响,在合理范围内尽可能增大桩长,其次选择合理的桩轴倾角、桩径及桩间距;(5)本研究成果可为灰土桩加固既有铁路路基的工程设计和安全评价提供理论依据。     

兰新高铁军马场至民乐区间路基冻害原因分析及整治措施

兰新高铁兰州铁路局管段2014年冬季无砟轨道精测精调时发现K2 005~K2 030区间的轨道平顺性不能满足列车运营要求,其原因系路基发生冻胀所致。通过现场调查、试验研究、数据分析得出冻胀原因,并提出整治措施。(1)基床底层填料多为B组粗颗粒填料,其粒径小于0.075 mm的细粒含量为10.96%~21.46%,填料在水分、低温等不利条件作用下会发生冻胀或微冻胀造成高铁路基发生冻害;(2)该区段雨(雪)水、农田灌溉水等水资源丰润,水分将从路基边坡、天然护道、排水沟两侧等进入路基,造成路基体内水分较高,给冬季负温作用下发生冻胀提供了有利条件;(3)因路基填料与天然地基土热力参数的差异性,加之该区间海拔高、冬季温度低且低温持续时间长等环境因素影响,路基冻结深度达到2.5 m以上,大于该区土壤标准冻结深度;(4)由于该线已开通运营,通过修建渗水盲沟、反压及保温护道、隔水墙等措施消除或减小冻胀变形,以保证高铁正常运行。     

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。     

高速铁路过渡段动态响应试验与仿真对比分析

研究目的:目前,国内外在高速车辆-轨道-路基耦合动力学理论及应用方面的研究大多侧重于轮轨关系。同时,各国铁路部门对路桥(涵)等过渡段型式进行了施工工艺、行车效果的现场实测和研究,取得了许多重要的研究成果。然而,对于无砟轨道各种过渡段路基的动态响应,目前的研究还很少。本文结合武广客运专线过渡段试验工点现场实测数据,考虑车辆、轨道和路基结构的特点和主要影响因素,建立一个可靠的车辆-轨道-路基空间耦合模型,以便进行高速铁路过渡没动态响应研究。研究结论:(1)有限元模型仿真计算结果与试验实测数据对比分析得到桥路过渡段结构的动态响应曲线变化趋势一致性很好;(2)高速铁路过渡段长度设置宜控制在40 m左右,可有效减小甚至消除过渡段结构层的动态响应,可以保证列车高速行车的安全性和舒适性;(3)桥路过渡段不同结构层的动应力、振动加速度、动位移等动态响应特征明显不同,主要表现为峰值大小、峰值出现位置有所差异,设置过渡段区段后,列车行驶引起的动态响应会明显减小到普通路基动态响应值;(4)过渡段结构层的动态响应受行车速度、列车轴重大小等因素影响,通常随行车速度、轴重的增大而呈现出增大趋势,其中受列车轴重影响显著;(5)本文研究结论可对高速铁路过渡段设计建设提供参考。     

路桥过渡段路基工后沉降监测试验研究

研究目的:台背路基沉降是路桥过渡段差异沉降和桥头跳车的主要原因。为探讨路桥过渡段路基在自重应力和汽车荷载作用下的工后沉降,在兰永一级公路某一路桥过渡段布置单点沉降计对过渡段路基工后沉降进行长期监测,即分别在桥梁台背行车道和路肩位置布置两列沉降计,对路基的沉降及稳定性做长期观测,分析路基沉降随时间和空间的变化规律,从而为公路建设中路桥过渡段沉降研究提供基础数据。研究结论:(1)路肩位置沉降大于行车道位置沉降;(2)路基沉降随时间增加而增大,过渡段路基填筑结束1年后沉降趋于稳定;(3)汽车荷载作用下路基沉降不会出现较大的增长趋势;(4)对数模型能较真实地反映路基工后沉降规律;(5)本研究结论可为路桥过渡段的设计和施工提供指导。     

高速铁路深厚软土地基物理力学特性分析及沉降控制

为研究东北地区高速铁路软土地基路基物理力学特性及其沉降控制方法,通过物性参数试验、无侧限抗压强度试验、直接剪切试验以及固结试验等,并结合工后沉降检算,提出适用于该片区的地基加固手段。研究表明:(1)研究区域软弱夹层分布在地表8 m以下,厚度为4~8 m,液性指数随深度逐渐下降,在14 m处降至最低;(2)0~8 m深度范围内,无侧限抗压强度、黏聚力、内摩擦角、压缩模量等指标随深度变大逐渐下降,深度8 m以下,强度指标随深度加深不断上升,在14 m深度处达到峰值;(3)桩长为8~16 m时,工后沉降随着CFG桩长增大线性降低,桩长增至16 m时,工后沉降降幅约为70%,为该区域最优桩长。     

现代有轨电车短枕埋入式轨道路基优化分析

研究目的:为研究列车荷载作用下各关键影响参数对轨道路基结构的受力和变形影响规律,并获得轨道路基最优参数组合,本文通过建立有轨电车短枕埋入式轨道路基有限元分析模型,采用正交试验方法分析扣件刚度、轨道板厚度、支承层厚度、基床总厚度、基床压实指标K_(30)5种因素对轨道路基结构力学特性的影响,为弥补正交试验定量分析的不足,借助层次分析法确定各项评价指标权重系数,最终确定短枕埋入式轨道路基结构的最优参数组合。研究结论:(1)扣件刚度对钢轨位移影响最大,轨道板厚度对轨道板纵向弯矩和路基顶面动应力影响最大,基床压实指标K_(30)对基床顶面变形影响最大;(2)钢轨位移、轨道板弯矩、基床顶面位移和动应力的权重系数分别为0.085、0.583、0.043、0.289;(3)最佳轨道路基设计方案为扣件刚度40 kN/mm、轨道板厚度0.24 m、支承层厚度0.27 m、基床总厚度1.1 m、基床压实指标(K_(30))110 MPa/m;(4)综合运用正交试验和层次分析法可以将定性问题转换为定量问题进行求解,从而使得分析结果更加具有科学性和说服力;(5)本研究成果对有轨电车短枕埋入式轨道路基结构设计具有参考价值。     

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。     

既有重载铁路路基检测试验与状态评估

研究目的:针对朔黄重载铁路四个典型病害路基工点,进行压实度K、含水率、直剪、N_(10)、K_(30)、E_(v2)和E_(vd)等检测试验,系统地评价路基的压实状况、变形性能和承载力特性。针对既有铁路路基检测试验可行性和代表性问题,忽略新建时碾压产生的残余应力和列车荷载反复作用的影响,建立平面应变有限元模型,分析路基的初始应力状态,为既有路基检测试验检测点代表性问题和室内动三轴试验围压的确定提供参考意见。研究结论:(1)朔黄重载铁路四个典型病害路基工点的压实状况、变形性能和承载力特性不能满足规范的要求,需要进行加固处理;(2)路基的初始应力状态非常复杂,忽略施工碾压和列车荷载在路基中产生应力的影响,距离路基中心线5.5~6.0 m,深0.6~1.2m范围的土体处于K_0状态;(3)进行路基填料室内动三轴实验时,实验加载参数的确定需考虑路基的初始应力状态;(4)该结论可为铁路路基的检测和状态评估提供参考。     

严寒地区高速铁路路基稳定性长期监测研究

研究目的:为保证严寒地区高速铁路的安全运营,通过分析严寒地区高速铁路路基的特点确定监测指标,并结合哈大高铁路基开展相应的监测技术研究,建立路基稳定性长期监测系统,实现路基状态多参量一体化的自动采集、信号自动传输、数据自动分析处理。基于获取的三年监测数据,进行路基稳定性指标的初步分析。研究结论:(1)路基地温呈周期性波动,地温振幅随深度增加而减少。浅层存在季节冻结层,冷季时自地表向下单向冻结,暖季来临时双向融化;(2)不同深度处的水分出现了迁移和重分布;(3)在列车动荷载和冻融循环作用下,填土性质可能发生了变化,导致了冻胀和融沉压缩变形;(4)监测系统运行稳定,监测数据可充分反映路基的地温等指标的分布规律,从而为哈大高铁路基的病害整治和行车安全提供重要支撑。