高速铁路黄土路基沉降控制_毕业设计论文(编辑修改稿)

高速铁路黄土路基沉降控制_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

60％ 之间，有沿着深度逐渐减小的趋势；在地理位置上，自东向西，自南向北，黄土孔隙率有增大的规律。 一般认为黄土的孔隙是引起黄土湿陷的主要原因，但有资料表明压实黄土仍存在大孔隙，也具有湿陷性，表明这不是黄土湿陷的根本原因，但它为黄土湿陷提供了足够的空间 【 6】。 黄土的湿陷性与变形特性 湿陷性是指土在自重或附加应力与自重共同作用下受水浸湿后产生急剧而大量的下沉。 浸水湿陷只在士体自重作用下产生的黄土称为自重湿陷性黄土，而浸水湿陷在土体自重与附加应力共同下产生的 黄土称为非自重湿陷性黄土。 根据自重湿陷量与总湿陷量可对湿陷性场地进行湿陷等级与湿陷类型划分。 非自重湿陷性场地的湿陷起始压力一般大于土的饱和自重压力，湿陷敏感性较弱，湿陷性事故较少，自重湿陷性场地的湿陷起始压力小于其上覆土的饱和自重压力，湿陷敏感性较强，湿陷性事故多。 4 黄土与其它粘土的区别在于黄土对含水量的变化极为敏感，含水量的高低严重影响土的湿陷性和承载力的高低，含水量低时，土的湿陷性强烈，但承载力却很高，随着含水量的增加，土的湿陷性逐渐减弱，承载力随之急剧下降，而压缩性却得以提高。 根据大量土样的试验资料 统计结果表明，黄土的湿陷性与饱和度成直线反比关系，见表 ll，即饱和度愈低，土的湿陷性愈强，土的湿陷性随着饱和度的增大而降低。 表 11 饱和度 Sr与湿陷系数 6s的关系 饱和度 Sr (％ ) 湿陷系数 s 范围 湿陷系数 s 中值 ＜ 30 ～ 30～ 40 ～ 40～ 50 ～ 50～ 60 ＜ ～ 60～ 70 0～ ＞ 70 0～ s ＞ % 黄土的压缩性反映黄土地基在外荷载作用下产生压缩变形的大小，主要取 决于土的密实程度和含水量，三者的关系见表 l2。 表 12 黄土变形模量与含水量和孔隙比的关系 土类 含水量（ %） 孔隙率（ %） 变形模量（ Mpa） 黄土 10～ 17 47～ 48 ～ 6～ 8 46～ 48 ～ 8～ 14 47～ 49 ～ 黄土状粉质粘土 12～ 18 43～ 45 ～ 22～ 25 45～ 48 ～ 25～ 30 40～ 45 ～ 黄土的结构性问题 结构性应该是描述土物理本质中比粒度、密度、湿度重要的一个侧面。 它的重要性早为太沙基所指出，也早为一系列学者所重视。 如果说结构性对任何土都是重要的，那么，对黄土就更是不可避免的，具有更大的意义。 研究黄土的结构性及其在力和水作用下的变化规律对整个土力学研究的对象都会有很大的辐射作用。 目前，将黄土受力、水作 用后结构由损伤到破坏作定量描述的固体力学方法，因其可以回避在寻求独立表示土结构性参数上的困难，使结构性关系的建立出现了新的跳跃。 但它仍然遇到了建立不同湿密状念土在受到外力作用过程中损伤变量正确表述 5 的困难．显然，如果能够找到一个能合理反映土的结构性及其随水与力的作用而变化的土结构性参数，无疑会使问题的解决更加直观、更加灵活，会使土力学的参数体系更加完善．文献中关于综合结构势这一新指标的提出及对其合理性、灵敏性、稳定性与普遍性的检验的相关研究表明： (1)黄土的结构可视为一个由单粒、集粒或凝块等骨架单元共同形 成的空间结构体系．它的单元形态 (单粒的矿物碎屑与集粒或凝块 )确定了力的传递性能和土的变形性质，它的连接方式 (点接触、面接触 )确定了土的结构强度，它的排列方式 (大孔隙、架空孔隙、粒间孔隙 )确定了土的稳定性．单粒点接触、架空孔隙占优势的结构，湿陷性大；集粒或凝块，面接触、粒间孔隙占优势的结构，湿陷性小． (2)黄土结构性的研究，应既注意揭示土颗粒排列的几何特征 (以孔隙分布特征最为敏感 )，又注意揭示土颗粒联结 (物理的和化学的，而以化学的为最敏感 )的力学特征，同时将结构与组成相结合，探讨黄土的非均质性 ，各向异性． (3)从黄土力学的观点来看，结构性研究的根本目的在于揭示结构性对土力学行为的影响及内在联系，因此，将土的微观结构与宏观力学行为相结合是一条正确的研究途径． (4)黄土的结构性问题在其结构联结没有遭到破坏以前表现为它维持结构可稳性的能力，它和颗粒联结的特性与稳定性有关；在结构联结遭到破坏以后表现为结构可变性的能力，它和颗粒的排列特性与均匀性有关． 压实黄土的工程特性研究现状 压实黄土的湿陷性 经过对原状土和压实土的湿陷性试验，得到： (1)湿陷性黄土经过压实后，如填筑 含水量较低，填筑干密度较小时，仍具有明显的湿陷性，并具有以下特征：①压实黄土与原状黄土的含水量和干密度都相同时，在较大的压力范围内，压实黄土的湿陷性要比原状黄土的大②压实黄土的湿陷性，随填筑含水量的减小而增大，反之，随填筑含水量的增大而减小；③即使压实黄土的填筑干密度较大，而含水量都较低时，仍具有一定的湿陷性，并在较大的压力范围内随压力的增加而增大． (2)压实黄土填筑含水量不应低于最优含水量的 2～ 3倍，同时要以最大干密度来控制施工质量，否则将会在工程运营期间受水浸湿后出现不同程度的湿陷变形，进而危及工程的 正常使用。 压实黄土的压缩性质 6 压实黄土的压缩性质，也用土的压缩系数、压缩模量、固结系数等指标表示，在室内用压缩仪测定．根据有关资料表明，西北黄土在击实饱和情况下，当垂直压力为～ ，其压缩系数平均值介于 (～ )105Pa1 之间，为中等压缩性土，其平均压缩模量介于 ～ ．当垂直压力为 ～ ，其平均压缩系数为 (～ ) 105Pa1之间，多数为低压 缩特性，其压缩模量介于 ～ ，平均固结系数介于 101～ 103㎝ 2/s之间。 7 第 2章 路基沉降 路基沉降 路基裸露在自然界中，整个路基经常受到自重、列车荷载和各种自然因素的作用。 由于水、温度和各种荷载的作用，路基的各部分将产生可恢复和不可恢复的变形，那些不能恢复的变形，将引起路基标高和边坡坡度、形状的改变，甚至造成土体位移和路基横断面几何形状的改变，危及路基及其各组成部分的完整和稳定，形成路基的危害 高速铁路路基沉降特性分析的研究现状 铁 路路基沉降变形主要包含运营阶段行车引起的基床累积下沉，列车行驶中路基面的弹性变形，路基本体填土及地基的压密下沉三个方面。 大量的调查表明，路基沉降是由土性、压实度、饱和度、环境和外载等多方面因素综合作用的结果，但主要是由路基本身和地基的排水固结变形引起的。 地基的沉降变形与地基土的性质和地基处理方法有关，而路基本体的变形通常与填料的性质、填料含水量和压实系数有关，地基的沉降变形直接影响到路基的变形。 基床累积下沉是由列车通过道床传递到基床面的动荷载引起的，主要发生在基床部位，特别是基床表层。 设计时若能限制列车荷载在基床表面产生的动应力在基床填料的临界动应力以内，则累积下沉量在经过一段时间行车后 (例如一年 )能够逐渐趋于稳定而不会继续发展的。 路基沉降的原因 路基填土压实度不足 由于压实度不足，往往导致填方路基的不均匀沉降变形，路基两侧出现纵向裂缝，路基土体压实度不足的主要原因有以下几点 : (1)施工受实际条件的限制。 路基施工时，天气太干燥，局部路堤填料粘土土块粉碎不足致使路基压实度不均匀。 暗埋式构造物处因构造物长度限制使路基边缘不能超宽碾压，致使路基边缘压实度不够。 某些加减速车道与行车道没 有同步施工，当拼接处理得不好时，其拼接处也会产生压实度不足的情况。 (2)考虑到施工安全和进度，使得压力或压力作用时间不足，路基压实不充分，致使路基压实度达不到规范要求。 8 (3)由于填方土体的最佳含水量控制不好，压实效果达不到规范要求。 (4)在填方路堤施工中，当路堤施工到一定高度以后，路堤边缘土体往往存在压实度不足问题，对于较高的填方路基，通常都要做相应的处治。 填方土体压实度不足，其结果是土体前期固结压力小于自重应力和各种附加应力之和，在自重作用下就会发生沉降变形，这些附加应力主要来自以下几个方面 :①车载，尤其超载情况。 ②含水量变化造成土体容重的改变。 ③地下水位升降而导致浮力作用改变。 ④土体饱和度改变，引起负孔隙水压力改变。 这些附加应力引起土体中有效应力改变，从而导致土体发生压缩变形。 土体压实度不足还会导致填土路基的侧向变形。 目前采用的地基沉降计算方法是假定侧向完全受限，仅有竖向变形，实际路基土中存在有侧向变形，这种侧向变形会引起沉降。 路堤填料不均匀，控制不当 在公路施工过程中，对填料、级配很难得到有效的控制，填料常常是开挖路堑、隧道掘进产生的方法，这些填料性质差异大、级配也相差很远。 一方面，在施工过程中，如果分层碾压厚度过大，小颗粒填料和软弱物质很难得到有效压实，在荷载的长期作用下，回填料会产生不协调沉降变形，路面会产生局部沉陷，刚性路面还可能产生裂纹。 另一方面，由于回填料的性质不一样，特别是有的回填料具有膨胀性，在路基排水系统局部失效后，水的渗入会使路面局部隆起，影响行车舒适度，严重的会使路面破坏。 控制不当体现在： (1)选用了稳定性较差的路堤填料，如采用高液限粘土、粉质土或使用淤泥、腐殖质含量较高的土料填筑路堤，会使路堤产生整段或局部的变形。 (2)采用不同土质填筑路堤时，因土的性质 不同如填筑方法不当，碾压成型后易造成不均匀性沉降。 地下水的影响 在地下水的交替作用下 ,路基土体内含水量反复变化 ,土体容重在一定范围内波动 ,更为重要的是由毛细管张力引起的负孔隙水压力可以达到相当的数值 ,再加上水的软化、润滑效应 ,可以使土体产生沉降变形。 路基或地基中地下水的动态特征对路基不均匀沉降影响很大，路堤及其地基中的地下水主要补给来源有 3 种类型，即地下水侧向补给、降雨补给、地表水侧向补给。 其动态变化及潜蚀作用影响到土体中的有效应力分布、土体的结构特征和土体强度从而导致路基的不均匀沉降。 9 路基强度高且刚度大以及均匀性要求高 列车速度越高，要求路基的强度越高、刚度越大，弹性变形越小。 但是路基刚度过大，会使列车振动加大而不能平稳运行，路基刚度的不均匀则会给轨道造成动态不平顺。 研究表明：由刚度变化引起的列车振动与速度的平方成正比。 因此，列车运行速度越高，要求路基的刚度越大、弹性变形小，在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢，不允许刚度突变。 客运专线的路基基床厚度、填料要求、压实标准以及检测方法等要比铁路 I 级干线的要求高得多，对路基的填筑质量，引入了 30K 、 2vE 、 vdE 等多项检测指标进行联合控制 【 8】。 路基不均匀沉降的影响和危害 路 基不均匀沉降对铺轨施工的影 响 路基不均匀沉降会增加施工难度和施工强度，在铺轨时需要再度调整路基整体的高度使其达到统一，因扣减可调整量很小并要预先填高一定量为工后沉降留有空间以便达到设计标高，还要考虑未来行车后各不同时间段各路段不同土质以及路桥过渡段不同沉降量。 路基对称将对高铁运营的危害 路基是路面的基础 ,路基不均匀沉 降必然会引起路面的不平整 ,导致路面产生许多病害 ,主要表现为坑凹、起拱、波浪、接缝台阶、碾压车辙、桥头或涵洞两端路面沉降、桥梁伸缩缝的跳车等 ,破坏了线路平顺通畅，不仅难以满足客运专线高速行驶的要求 ,而且还会加大运输成本 ,增加运输时间 ,增加养护维修费用，减少使用寿命，降低社会经济效益，降低旅客舒适度，危及行车安全等。 客运专线无砟轨道路基的填料要求 针对快速铁路对填料及压实标准的高要求，一方面要在施工中积累资料，同时需要开展大量的室内外试验研究工作，研究制定填料适用性试验方法与判别标准，建立一套适合我国 地域特点，适用于路基设计，施工的填料分类。 由于地域不同，路基填料也千差万别，这就要求在勘测设计阶段和施工前对土源进行详细判别。 工程实践表明，采用优质的填料可以减少路基的后期沉降，且有较高的安全储备，能保证路基稳定。 国内外对高速铁路的路基沉降观测结果也表明，采用级配良好的粗颗粒填料可大大减少路堤的后期沉降，因此，只要能满足上述要求者才 10 可作为高速铁路路堤填料。 铁路路基填料的分类主要依据土类和小于 含量两个指标来划分的，并考虑与压实要求相关性质和适用条件分成 A、 B、 C、 D、 E五个组，如表 2－ 1所示。 其中， D组为高液限粉土、粉质粘土、粘土，很少用作填料：E组为有机土类，不能作为填料。 21 我国铁路路基填料分类组别 填料 A组 B组 C组 碎石类 级配良好的碎石、含土碎石 级配不好的碎石、含土碎石，细粒含量为15%30％ 的土质碎石 细粒含量大于 30％ 的土质碎石 砾石类 级配良好的粗圆砾、粗角砾、细圆 砾、细角砾，级配良好的含土粗圆砾、含土粗角砾、含土细圆砾、含土细角砾 级配不好的粗圆砾、粗角砾、细圆砾、细角砾，级配不好的含土粗圆砾、含土粗角砾、含土细圆砾、含土细角砾、细粒含量为 15%30%的土质粗圆砾、土质粗角砾、土质细圆 砾、土质细角砾 细粒含量大于 15‰30％的土质粗圆砾、土质粗角砾、土质细圆砾、土质细角砾 砂类土 级配良好砾砂、粗砂、中砂，含土砾砂、含土粗砂、含土中砂 级配良好细砂，级配不好的砾砂、粗砂、中砂、细粒含量大于15％ 的含土砾砂，含土中砂，含土粗砂。