含盐细砂地区铁路路基土冻胀规律的研究及其对路基变形的影响

摘要

从20世纪70年代以来，到21世纪初的西部大开发政策，我国西部地区的经济也有了质的发展，为了拉动经济，在西部地区修的铁路也日见其多，尤其在盐渍土地区施工时，盐渍土的冻胀问题也逐渐进入了各大学者的视野。我国铁路发展至今已有一百多年的历史，特别是自1978年改革开放以来，由于中国经济的发展促使我国铁路的发展进入了一个新阶段。但是，在修建铁路的过程中也会遇到许多的挑战，特别是在寒冷的盐渍土地区，由于不同地区的盐渍土种类不同，气候条件不同，在季节性变化的条件下，会使铁路路基产生不同规模的冻胀，使轨道产生不平顺，影响列车的正常运行，这样，对不同类型盐渍土冻胀特性的研究变得尤为重要
　　本文以青海省的锡铁山到北霍布逊地区铁路路基的修建为背景，该地区紧邻盐湖，属于盐渍土地区，气候属于高原大陆性气候，年平均低温-1.7℃，气候寒冷，由于该地区含盐细砂土在不同位置处含水率和含盐量的不同，探讨和研究该地区铁路路基土在不同含水率和不同含盐量下的冻胀规律很有必要，可以为含盐细砂土地区的路基施工以及防冻胀措施的采用提供一定的理论基础和技术支撑。
　　本次室内冻胀试验是模拟在低温环境下土样的冻结，从而观测其冻胀量，室内冻胀实验主要用到的试验设备及仪器有 DW-40低温试验箱、百分表、冻胀测量平台、试样盒等设备。将土样分别配制成两组初始干密度、五组含水率和五组不同含盐量。初始干密度分别为1.6g/cm3和1.9g/cm3，含水率分别为10％、12%、14%、16%和18%，含盐量分别为0%、3%、5%、10%、15%和25%共6组。将配制好的土样置于低温试验箱内待温度降到设定值时观察并记录其冻胀量，通过试验发现对本地区细砂土在不同含水率与不同的含盐量下在温度降低时进行室内冻胀试验，在进行了大量的试验后发现随着温度的降低，初始干密度大些的各类细砂土的冻胀率都逐渐增加直到温度达到-30℃时有平稳的迹象。在相同初始干密度、同一含盐量下，含氯盐细砂土在没超过其饱和含水率时，土样的冻胀率是随着含水率增加而增大的。初始干密度较小时，即在1.6g/cm3时，含水率在14%之内的范围，冻胀时容易产生冻缩现象，含水率高于14%时，可观察到明显的土样冻胀。干密度较大时，在干密度为1.9g/cm3时，土样不会发生明显的冻缩，会直接产生冻胀。在含盐量没超过5%时，冻胀率会随着含盐量的增加而增大，当含盐量超过5%后继续增加时，在含盐量从5%继续增大到10%、15%、25%，土样的冻胀率有变小的趋势。冻胀率会随着含盐量的增加缓慢减小。
　　室内试验完成后对数据进行了归纳与分析，通过拟合发现含氯盐饱和细砂土的冻胀率随含水率的变化规律近似成三次函数关系，随含盐量的变化规律近似成一次函数关系，得到了在同一初始干密度下，冻胀率关于不同含水率、不同含盐量下的经验公式。最后通过ANSYS软件进行了数值分析，利用室内试验所得成果进行计算后发现在冻胀状态下无论列车荷载考虑了动载增量还是不考虑动载增量，与不冻胀状态相比较都有一定的冻胀变形，路基的不均匀冻胀会破坏线路的平顺性，使线路的平面位置和纵剖面高程发生改变。严重时可中断行车。因此在相关路段施工时建议采取相应的防冻胀措施，以达到降低冻胀病害对行车的影响，提高了列车安全性与平顺性。

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1 绪论

1.1 论文选题依据与研究目的、意义

1.2 盐渍土的概念与分布情况

1.3 盐渍土在中国的分类与特征

1.4盐渍土在国内外的研究现状

1.5 本章小结

2 盐渍土的类型、冻胀机理及影响因素

2.1 盐渍土冻胀特性研究

2.2 盐渍土冻胀的研究状况、冻胀机理及影响因素

2.3 本章小结

3 含盐细沙土在不同条件下的室内冻胀试验及结果分析

3.1含氯盐细砂土室内冻胀实验

3.2试验结果分析

3.3冻胀率随不同含水率、含盐量变化规律数据拟合

3.4 本章小结

4 含盐细砂土路基冻胀模拟计算分析

4.1 模型介绍

4.2 参数确定

4.3 荷载确定

4.4路基冻胀模拟计算及分析

4.5 路基冻胀防治

4.6 本章小结

结论及展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果