循环荷载作用下高速铁路石灰改良黄土路基长期动力稳定性研究

摘要

随着高速铁路的发展，列车速度不断提高，路基会承受更大动荷载，并且路基的沉降量都会直接影响列车安全运行。当在黄土地区修建高速铁路时，沿线的优质填料缺乏时，为了节省填料的运输费用和工程成本，用石灰等固化剂对黄土进行改良，可以使黄土的使用范围扩大。由于我国铁路路基建设中，使用石灰改良土体技术起步比较晚，尤其对循环荷载作用下的高速铁路石灰改良路基的长期动力稳定方面的研究很少，因此有必要对其展开深入研究。本文基于国家自然科学基金项目，对兰州地区的不良工程性质的黄土进行化学改良，采用室内动三轴试验及理论分析等手段，对列车荷载下石灰改良黄土路基填料力学响应与动力稳定性进行系统研究，论文主要研究内容为:
　　(1)通过物理力学性质试验、无侧限抗压强度试验以及室内静三轴试验，掌握了重塑黄土及不同石灰掺入量(5％、6％、8％)的改良黄土物理力学指标，探讨了石灰改良黄土无侧限抗压强度及抗剪强度指标与石灰掺入量之间的关系。
　　(2)通过英国GDS动三轴仪，研究不同因素下石灰改良黄土的动本构关系及动弹性模量变化特征，探讨围压、固结比等因素对其的影响规律。分析试验数据，用R.L.Kondner双曲线模型来描述石灰改良黄土动本构关系，并获得动本构双曲线模型参数;探究最大动弹性模量与围压、固结比之间的关系，并拟合了相应的计算公式。
　　(3)利用动三轴试验，得到不同因素下三种石灰掺入量的改良黄土短时、疲劳动剪应变门槛。探讨了石灰掺入量、固结比、围压对其影响规律，并通过回归分析得到了短时及疲劳动剪应变门槛相对应的计算公式;经过数据对比分析得到γtvL=(0.32～0.35)γtvS关系式。
　　(4)研究累积塑性应变εp随振次1gN的变化曲线特征，获得不同因素下石灰改良黄土的临界动应力变化规律，通过数据分析，拟合了临界动应力σdcr的关系式，可以为石灰改良黄土路基动力稳定性评价提供更好的理论参数;建立了无侧限抗压强度与动剪应变门槛之间的关系，可用较为简便的试验获得动剪应变门槛值。
　　(5)基于石灰改良黄土路基数值模拟，结合前人大量的现场动力响应测试结果及室内动三轴试验，采用动剪应变法及临界动应力法评价高速铁路循环荷载下的石灰改良黄土路基动力稳定性。通过对比分析可见，动剪应变法是评价石灰改良黄土路基动力稳定性更适宜、更准确的方法，从而更好的为工程实际应用开辟新的途径和理论基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 黄土动力学特性研究进程

1．2．2 石灰改良土研究现状

1．2．3 铁路路基动力稳定性研究进程

1．3 本文研究的主要内容

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 石灰改良黄土物理力学性质研究

2．1 重塑黄土及石灰改良黄土基本物理特性试验

2．1．1 试验原料

2．1．2 击实试验

2．2 无侧限抗压强度试验

2．3 石灰改良黄土固结不排水三轴试验

2．3．1 试验仪器

2．3．2 试验步骤

2．3．3 试验结果分析

2．4 小结

3 石灰改良黄土常规动三轴试验

3．1 常规动三轴试验

3．2 石灰改良黄土动本构关系

3．2．1 试验曲线分析

3．2．2 双曲线模型参数

3．2．3 影响因素分析

3．3 石灰改良黄土最大动弹模量

3．4 小结

4 石灰改良黄土动力稳定性评价参数试验研究

4．1 概述

4．2 应力控制式短时动三轴试验

4．2．1 试验方案设计

4．2．2 试验步骤

4．2．3 短时动剪应变门槛确定方法

4．2．4 试验结果分析

4．3 疲劳动剪应变门槛试验

4．3．1 剪应变控制式疲劳动三轴试验

4．3．2 应力控制式疲劳动三轴试验

4．3．3 试验结果分析

4．4 短时及疲劳动剪应变门槛间关系

4．5 石灰改良黄土填料临界动应力试验

4．6 无侧限抗压强度与动剪应变门槛关系

4．7 小结

5 列车荷载下高速铁路改良黄土路基数值模拟分析

5．1 概述

5．2 模型的建立及模型参数

5．3 边界条件的确定

5．4 动荷载模拟

5．5 数值模拟结果分析

5．6 小结

6 石灰改良黄土路基动力稳定性评价

6．1 动剪应变法

6．2 临界动应力法

6．3 小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果