循环荷载下压实粉土的动力特性试验研究_图文

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1、北京交通大学硕士学位论文循环荷载下压实粉土的动力特性试验研究姓名:杨献永申请学位级别:硕士专业:岩土工程指导教师:刘建坤20071201 北京交通大学硕十学位论文使桥一卜轨道平丽和下沉地段的轨道平面顺接造成了桥面道床厚度不增反减,这样造成有碴桥面枕下石碴越来越薄加大了列车对桥梁的冲击力,影响了设备安全。这种病害在管内K372+777至K494+500范围间,仅1998年共发生线路路基下沉186处,下沉在O.20m以上的累计达36.85km。这种病害多发生在路基施T碾压小实地段和桥涵两侧。如K479+300至K480+000路基下沉处、K408+100至K408+800路基下沉处和孙口黄河特大桥

2、与两端引桥之间的路基下沉处等。(2路基暗洞此种病害是雨水在路基基项、碎石道床下面或桥涵两侧路基沉陷处排水不畅出现积水,路基受积水作用软化,道床碎石碴沉陷进路基土体中,形成道碴流陷或道碴囊,在列车经过时的震动下碎石和积水不断相互作用下,路基道碴陷槽内的土体在积水的浸泡下和碎石碴的挤压下软化稀释,最后路基道碴陷槽不断加深,最终形成了路基暗洞。在雨水的长时间作用下;路基土体卅i断受到雨水的浸蚀,暗洞会越变越大,最终会使道床沉陷出现轨枕悬空,危及行车安全。此病害特征为初期在路基顶部出现浑浊潜流或土质淤积现象,不易被检查发现,一旦达到容易发现时,已经造成道床石碴沉陷或轨枕悬空。 图21路基暗洞一第二章京

3、九铁路粉土路基粕害现状 图2-2路基暗洞二粉土路基道碴囊普遍存在,且没有规律性,问题严重地段道碴囊纵向间距只有12m。根据碴囊深度可分为浅层碴囊和深层碴囊。浅层碴囊主要存在于基床表面,深度一般4i超过0.5m,碴囊纵横交错、深浅小一,90%的浅层碴囊深20-40cm,且浅层碴囊位于道床边坡下砥距碴脚宽60cm范围以内,浅层碴囊的存在易发牛路肩冲沟、道床边坡沉陷甚至枕端悬空的水害。深层硷囊所占道碴囊的比例较小,深层碴囊在桥、涵两侧比较普遍,其它地段也有不|一J程度的表现,道碴囊深度可达24m,有的更深。主要原因是填土密实度严重不足彤成的,由于其存在比较零星、比较隐蔽、防不胜防,对安全威胁也最大,

4、最易形成“腰漏”。“腰漏”是埘京九线一种水害很形象的称谓,“腰漏般是在雨巾或雨后短时间以内发生,主要表现为有集中泥水流从路肩下1.0m至3.0m的边坡范围内流山,多为混浊的黄泥水,个别的夹杂有道碴,致使道床下陷,轨枕悬空,情况严重的边坡上能看见明显的钻洞现象。京九线抢险主要采取补充道碴,严重的边坡水害抛填片石,复旧时也不考虑基床问题,隐患并没有解决,下一次大的降阿有问题的地段依然发生水害,浅层碴囊向深层碴囊发展,问题越来越大、越来越多,一些地点水害频繁复发。此类病害自京九线开通以来至今共累计发生了891处,最有代表性的实例为九六年八月份发生在上行K479+600的一处暗洞病害,造成道床沉陷长2

5、2米,沉陷深度2.8米,轨枕悬空25根,造成线路封锁3小时才抢修开通。(3路基潜蚀后钢轨悬空此种病害一是由于路基暗洞造成道床沉陷或轨枕悬空后,工务作业人员为了北京交通犬学硕士学位论文尽快抢通线路,只能临时将石碴填到沉陷处补齐沉陷量后,使路基暗洞中填满石碴,使其形成了道碴囊病害;二是由于道碴对路基的挤压造成的。而这种病害不易发现,往往形成道碴囊积水冲出路基形成灾害。实例如前面路基病害(4路基暗洞经过临时处理后造成的人为道碴囊病害。 图2_3轨道悬空一 图2-4轨道悬空二(4桥头护锥冲空或坍塌此种病害发生原因是路基在修筑过程中桥头和涵洞两侧密实度不够。该处路基在线路开通运营后,在列车荷载作用下出现

6、不均匀下沉,形成排水不良的道碴槽,遇雨水天气积水在列车荷载作用下,使稀释后的泥水沿桥涵壁下泻,长时问作用后逐渐形成桥头填土大量流失,导致护锥冲空或坍塌。典型实例如孙口黄河特大桥北引桥南桥头护锥在防洪检查时发现护锥坍塌,经拆除后发现护锥及台后填土冲空后形成的空洞面积达2rex2.3taxi.15m。第_章京九铁路耪土路基jIji害现状 图2-5护锥坍塌(5桥涌两侧路基沉陷此种病害发生原因也是路基在修筑过程巾桥头和涵洞两侧密实度不够。桥涵两侧路基在线路开通运营后在列车荷载作用下出现较大沉降量,使线路轨道出现涵顶高两侧Pq的线路病害。此病害最为普遍,在京九线开通以来几乎每个桥涌都出现过这种病害。2.

7、3现有路基病害整治方法近些年来,为整治京九线粉土路基病害,济南铁路局及其所属上务、科研和设计等部J逐步试验、摸索出了一些有效的方法,按病害类型分为:2.3.1路基坡面冲刷、冲沟、溜坍病害整治方法防止路基坡面冲刷、冲沟、溜坍病害的整治方法有以下几种(1路基、帮宽路肩内置网格栅外植草皮防护此方法适用于路基坡面冲刷、冲沟不太严重且路基高度不超过3米的地段。具体方法是在春季对路基、路肩不足地段进行素上帮宽时,为增强路基坡面抗冲刷能力,帮宽路基坡面时事先在路基坡面表层5垒100m厚处预铺一层塑质蜂窝状网格栅,路基边坡表面经夯实处理后,用小钉耙将路基边坡表面20m厚的素土层搂松,喷洒含有5%尿素等营养液的

8、混合水把上质湿润后,播撒根系发达的草籽,再在植草层表面外覆盖透气性、保水性良好的土工布或稻草栅,定期进行撤水,北京交通大学颂士学位论文保持土壤湿润,给草籽创造良好的生长环境,在草皮长出约50m时,停止人工培植,这样长成后的草皮会在雨季发挥对路基边坡表面很好的防护作用。(2三七灰土整治路基边坡冲刷该方法是对路基外表冲刷较厉害的地段采用的路基防护方法,通过掺入石灰来改良路基外表土质,增强其抵抗雨水冲刷的能力。具体方法是:先将路基边坡表面的杂草、散乱石碴等杂物清除干净,再在路基边坡表面从坡脚开始向上每间隔300re开挖一个宽不小于1米的台阶;将帮宽用的素土掺入占其总量30%的生石灰粉,加一定数量的水

9、搅拌均匀,湿度达到手握能成团,一捏即散为宜;然后将搅拌均匀的混合土每300re-层向上分层夯实气夯2遍,电夯3遍;路肩顶面从里往外留出不小于2%的排水坡度。(3砌、浆砌片石护坡、网格护砌、拱型骨架护砌加30cm厚三七灰土封顶在路基土质极度4i良,汛期路基边坡冲刷严重时,利用普通土加宽无法在汛期保证路基稳定,为保证路基稳定且预防溜塌,可在对有溜塌、冲沟且路肩不足等病害地段路基、路肩,进行复旧帮宽工程中,加大成本资金投入,在素士帮宽路基外加干砌、浆砌片石护坡、菱形网格护砌、拱型骨架护砌等路基防护措施;对路肩顶面300m以下路基边坡进行全面防护,以强化路基抵抗冲刷和路基溜坍的能力,路肩顶面以一F30

10、an部分采用三七灰土封顶。 图2-6浆砌片石护坡第二章京九铁路粉土路基病害现状 图2.7拱型骨架护坡(4浆砌片石挡墙帮宽路肩法此法适用于原路基护坡是浆砌片石地段,路基在以后的运营中又发生了沉降,导致道床增厚,路肩变窄。为了解决路肩不足的问题而又节约资金投入的最佳办法就是在原有浆砌片石护坡上部拆掉一部分,再在上面砌一垂直挡墙以达到帮宽路肩的日的。为保证路肩项面排水,在垒砌挡墙时可在挡墙顶部每隔2米预留1个1010cm的排水孔,路肩顶面填土从里往外做成不小于2%的顺坡以利十路基顶面的排水。2.3.2路基顶面封层处治由于粉土路基抗渗性较差,在雨季时,大量的地表水经道床渗入路基土体,致使垂直渗透加剧,

11、导致基床土容易饱和、软化,从而使基床土强度降低。在列车荷载反复作用卜.,基床土所受应力超过其强度而破坏,道床碎石随之挤入基床,随着时间的推移,基床不断恶化,逐渐形成道碴陷槽和道碴囊,并容易造成路基外鼓,对行车安全威胁严重。近年来,铁路沿线部门试验了三七灰土、新型高分子材料口.P.T封顶的方法。在路基病害地段、路桥过渡段的路基下沉处得到了应用。17北京交通人学硕十学位论文 图2-8三七灰土路桥过渡段封层一 图2-9三七灰土路桥过渡段封层二PPT(PermanentPolymerforTraffic高分子聚合筑路剂是由济南铁路局工务处和鸿运岩土工程有限公司共同研究开发的一。种新型高分子材料,可用于

12、粉土的改良,使改良后的路基具有强度高、韧性好、抗渗性强等特点。在京九线K488+890 -K489+104,K492+693-K492+897和K479+500-K481+000得到了试用,取得了一定效果。该法主要是应用P.P.T材料代替传统的三七灰土进行改良粉土并达到封顶的目的。土体改良前首先清除路基顶面的轨道、道床等设备,然后清理基床表层,使基床面形成一个相对平整的面层。将当地土均匀铺在平整后的基床表面,泼洒P.P.T材料,人工充分翻拌均匀,在材料未发生反应之前,用蛙式打夯机迅速夯实两遍,平整表面,顺出路拱。第二章京九铁断粉土路基痫害现状 图2一10PPT基床封层针对既有线,如何在不影响运

13、输的前提F进行病害处置,寻找即经济又可行4的方案与工艺,是本文研究的目标所在。因此,本文试验方法的提出,应充分考虑综合利用现有处治的经验与方法,在已有加固方法的基础上进行施工T艺、整治方案的改进与调整,并且认真考虑近些年来整治后的路基重新出现的新的问题,在不影响既有线行牟的前提下,对路基病击地段进行加固处治。2,4小结本章主要总结了京九线黄泛区粉土路基常见的病害类犁,介绍了现有路基病害的整治方法的优点和不足。针对粉土路基常见的各种病害,我们有必要进一步了解病害的形成机理,因此需要通过试验来获得粉土的静强度指标和动力特性指标。 第三章粉土的动力特性影响冈素试验研究供试验结果分析和处理。 3.2实

14、验试样准备图31动三轴仪远观图图3-2动三轴仪近观图本文实验所采用的土样直径39.1mm,高度80mm,土样平面形状如图所示。试样是依据铁路工程土上试验规程(TBl0102.2004中扰动土试样制备要求制成。土样的物理力学指标见下表3-1。北京交通大学硕士学位论文 图3-3动三轴试验装样过程表3-1土样的物理力学指标颗粒百分比%最大干液限塑限塑性O.25-o075.最优含取土部位比重0005密度%指数0.0750.005水量%kN/m3 K381+0002.65730,421.49.0211.3878.7l9.9lK392+0002.64329.520.88.7619.73668013.471

15、1.9618.7K594+4342.62327620.76.9320.9970858.163.3实验方案(1试样 25O.8545.8130l78333.781是260.8546.2150l10007.287是”O.8546.95024840O.410否28O.8546.970246160.746否29O.8546.790249901.897否300J8545.4120285382.582否3l0.S545.81302l10298是32O.8586350l70061.565否330.8579.470l66851.303否340.8586.270l703,1.580否350.8587.59015013.4是36O.8573.990l80182.662是3708572.4120111487.654足 图3-5试样典型破坏形状图3-6试样典型破坏形状路基填土的类型、压实系数、饱和度,侧向围压,应力历史等,提速列车动载荷的作用幅值、频率、次数等都会影响到路基土的动力特性。评估路基长期稳定性的关键就是找出动载荷下影响土基动态特性的主要因素,提出土基破坏的产生条件与判断准则,得到确保路基安全营运的土基变形、强度控制参数的新标准。(1压实系数对路基土动态特性影响图3.7为最优含水量条件下土体的压实系数对其变形的影响。由图可知,在土 值作