高速鐵路膨脹土路塹基床結(jié)構(gòu)及其動力特性試驗研究.pdf

1、本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目“高速鐵路路基長期動力穩(wěn)定性評價方法研究”（項目編號:51278499）、鐵道部科技研究開發(fā)計劃課題“云桂鐵路膨脹土（巖）地段關(guān)鍵技術(shù)研究”（項目編號:2010G016-B）、湖南省研究生科研創(chuàng)新項目“高速鐵路地基膨脹土臨界動應(yīng)力研究”(編號CX2012B062)，依托云桂高速鐵路建設(shè)工程，采用室內(nèi)試驗、理論研究、室內(nèi)足尺模型動力試驗和現(xiàn)場大型激振試驗等方法，開展了高速鐵路膨脹土路塹基床結(jié)構(gòu)設(shè)計及其動力特性試

2、驗研究，主要研究工作如下:
　　(1)開展了膨脹土室內(nèi)土工試驗、化學(xué)成分分析、陽離子交換量分析。確定了云桂鐵路南百段膨脹土的膨脹等級，獲得了不同膨脹等級膨脹土的物理力學(xué)參數(shù)。
　　(2)利用平衡加壓法，在云桂鐵路典型中～弱、中～強膨脹土路段，分別進行了膨脹土大型原位豎向膨脹力試驗，分析了膨脹土在原位約束條件下豎向膨脹力與含水率增量、變形量之間的關(guān)系。
　　(3)通過動三軸試驗，獲得了不同含水率和壓實度條件下膨脹土的臨界

3、動應(yīng)力，為基床結(jié)構(gòu)設(shè)計和長期動力穩(wěn)定性評價提供參數(shù)。
　　(4)針對傳統(tǒng)鐵路路基復(fù)合防水土工材料在實際應(yīng)用中存在的問題和不足，結(jié)合膨脹土路塹基床病害特點，開展了新型半剛性防水結(jié)構(gòu)層的研發(fā)工作。通過大量配比優(yōu)化試驗，獲得了中低彈?？?jié)B水泥基防水結(jié)構(gòu)層。
　　(5)利用強度控制、應(yīng)變控制、微膨脹變形控制以及膨脹力平衡四種方法，開展了膨脹土路塹基床換填厚度優(yōu)化設(shè)計。獲得了不同膨脹等級膨脹土路塹基床的換填厚度建議值。
　　(6

4、)研究了防水結(jié)構(gòu)層與接觸立柱、側(cè)溝以及其它基床附屬結(jié)構(gòu)接觸位置的密封技術(shù)，設(shè)計了膨脹土路塹基床地表降雨全封閉防排水系統(tǒng)，并針對邊坡裂隙滲流、毛細水滲流以及地下水發(fā)育等工況設(shè)計了相應(yīng)的基底防排水系統(tǒng)，為膨脹土路塹基床的長期動力穩(wěn)定性提供了保障。
　　(7)基于土體微觀結(jié)構(gòu)球形顆粒簡化幾何模型，根據(jù)球形顆粒不同堆積狀態(tài)，分別采用四尖瓣線和三尖瓣線方程描述毛細水的過水?dāng)嗝妫⒘水愋蚊毠苣Ｐ?。通過引入初始水力梯度，結(jié)合毛細水力學(xué)，建立

5、了異形毛細管模型時粘性土中毛細水上升高度的計算公式。
　　(8)設(shè)計并制作了鐵路路基足尺動力試驗鋼結(jié)構(gòu)模型箱(長×寬×高為9.2m×2m×4.6m)，針對中～弱、中～強兩種類型地基膨脹土，分別填筑了新型膨脹土路塹基床。全面系統(tǒng)的研究了不同基床換填厚度、不同服役環(huán)境（干燥、降雨和地下水位上升）下，新型基床結(jié)構(gòu)的動靜特性、新型改性水泥基防水結(jié)構(gòu)層的防水效果和抗疲勞性，試驗成果為開展試驗段填筑提供了充分的技術(shù)支撐。
　　(9)在中

6、～強、中～弱膨脹土路塹試驗段，針對不同防水層類型和換填厚度，選取4個代表性試驗斷面，埋設(shè)速度計、加速度計、動土壓力盒和濕度計，利用高速鐵路路基原位動力試驗系統(tǒng)(DTS-1)，對每個試驗斷面在干燥和浸水兩種極端服役環(huán)境下分別進行不少于100萬次的激振試驗，4個試驗斷面共激振1000萬次。全面檢驗實踐服役環(huán)境下膨脹土路塹基床降雨全封閉防排水系統(tǒng)的工作性能、研究新型基床結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)特性和變形規(guī)律，為其在云桂鐵路的全線推廣提供數(shù)據(jù)支撐。