客運專線鐵路基床填料動靜三軸試驗研究.pdf

1、作為客運專線無砟軌道結構基礎的重要組成部分，路基基床應按一種高標準的土工結構物進行設計、施工，其填筑材料、壓實標準、變形控制等均較以往鐵路有更高要求，應具有足夠的強度、剛度、均勻性及長期穩(wěn)定性，因而對填料的物理力學性質(zhì)展開研究有重要意義。本文通過一系列室內(nèi)試驗，全面測試描述基床填料狀態(tài)有關的物理、力學參數(shù)，研究了路基基床土的物理性質(zhì)和荷載狀態(tài)對動靜強度及累積塑性變形的影響，基于試驗數(shù)據(jù)的整理和分析，主要研究工作及結論如下： 1)

2、對基床填料進行了顆粒分析、相對密度、擊實、壓縮和滲透試驗。無砟軌道基床主要填料為級配良好的級配碎石和A、B組填料，其滲透系數(shù)K>i×10-4cm/s，屬于自由排水無黏性粗粒土；具有可擊實性，大型擊實試驗結果優(yōu)于標準擊實；壓縮系數(shù)隨壓實度的提高而減小，浸水后可壓縮性增大；水力坡降隨著壓實度提高而增大，滲透系數(shù)隨壓實度增大而減小。 2)采用大型直剪儀和大型三軸儀，進行了不同壓實度、含水狀態(tài)和排氣狀態(tài)的直剪和三軸壓縮試驗，分析了兩種填

3、料在不同狀態(tài)下抗剪強度的變化。試樣的抗剪強度隨著壓實度的增大而增大，隨圍壓的提高而增大，且黏聚力增加明顯，內(nèi)摩擦角變化不大；直接剪切試驗所得抗剪強度指標大于三軸壓縮試驗；在密實度較小、反復剪切時，抗剪強度指標沒有明顯改變；當密實度較大、反復剪切時，隨著剪切次數(shù)的增加，黏聚力逐漸減小甚至消失，內(nèi)摩擦角略有減小；非飽和土及人工壓實土本身均具有不同程度的吸力和負孔隙壓力，在壓力不大時(<350l(Pa)，不排水剪抗剪強度大于排水剪；排水條件下

4、，浸水后試樣的抗剪強度、初始割線模量小于最優(yōu)含水率狀態(tài)，黏聚力減小，內(nèi)摩擦角變化不明顯；壓力較小時(<120kPa)，不同壓實度的級配碎石抗剪強度大于A、B組填料。 3)通過動三軸試驗，在半對數(shù)坐標系中將塑性累積變形曲線分為三個區(qū)域：彈性區(qū)、屈服區(qū)和破壞區(qū)。假定在屈服區(qū)和破壞區(qū)之間存在一界限累積變形曲線，其斜率基本沿線性增長，稱其動應力幅為“極限動強度”；在衰減型和擺動型曲線間也存在一界限累積變形曲線，其斜率開始為常數(shù)，達到一定

5、荷載作用次數(shù)后，變形量逐漸減小，變形又趨于穩(wěn)定，稱該破壞標準為“半對數(shù)等應變速率法”，并稱其動應力幅為“臨塑動強度”。在小于臨塑動強度的動荷載作用下，試樣變形主要是彈性變形，塑性累積應變很小，且很快能達到穩(wěn)定，符合高速鐵路無砟軌道結構對軌下系統(tǒng)工后沉降嚴格的要求，以“臨塑動強度”為控制指標，可構建無砟軌道路基基床結構的“應變增量控制設計方法”。動力幅值接近臨塑動強度時，試樣并未發(fā)生結構性的破壞，與一般意義上的破壞有所區(qū)別。 4)

6、采用大型動三軸儀，進行了不同壓實度、含水狀態(tài)、荷載頻率和初期軸向壓力狀態(tài)下基床填料的動三軸試驗，分析了土動力參數(shù)的變化對臨塑動強度的影響。臨塑動強度隨密實度增大而增大，與圍壓大致呈線性關系；浸水試樣的臨塑動強度小于最優(yōu)含水率試樣，但減小幅度不大(約為13％～18％)；荷載頻率從1Hz增加到5Hz，A、B組填料和級配碎石動強度分別降低約51％和25％；施加初期軸向壓力(對靜強度影響較小的值)后，相當于試樣處于偏壓固結狀態(tài)，動強度提高；兩種