武广客运专线原状红粘土强度和变形特性试验研究

摘要

随着我国经济的飞速发展，我国中西部地区的工程建设速度明显加快，这些地区分布着大量红粘土。而至今对于红粘土的研究主要集中在其成因、分布、结构构造等方面，对于红粘土的强度和变形特性的研究较少。因此，研究红粘土的物理力学特性、强度特性以及变形特性，对今后红粘土地区的铁路公路建设、路基病害防治处理、边坡工程设计等具有重要意义。 本文依托国家自然科学基金项目：“客运专线无碴轨道红粘土地基变形特性与动力稳定性研究”和铁道部科技研究开发项目：“武广客运专线灰岩残积层红粘土路基变形特性及路基边坡稳定性试验研究”。通过室内试验、现场原位试验、数值分析等手段分别对红粘土的强度特性和变形特性进行了一系列的研究。取得了几点成果，归纳如下： 1.通过室内试验和理论分析，研究了武广客运专线沿线红粘土的物理力学特性、工程特性以及物理力学指标之间的相关性。 2.分析了红粘土的强度特性，以及影响红粘土强度的因素。研究武广红粘土强度指标的变化情况，充分认识了红粘土的峰值强度、残余强度随各种条件(裂隙、初始含水率、上覆压力)的变化特性，建立了粘聚力、内摩擦角与初始含水率的定量关系。并对不同试验方法下红粘土的强度参数进行了对比分析。 3.通过室内试验和大量的理论分析，研究了武广红粘土的应力-应变变形特性、固结变形特性以及胀缩变形特性。分析了红粘土轴向应变和体积应变的变形特性以及红粘土固结变形特性的原因。探讨了如何处理红粘土的胀缩性问题。 4.对红粘土路基在施工过程中的变形特性进行数值模拟分析，研究红粘土路基竖向沉降和侧向位移随路基填土高度的变化情况，找出变形规律，用于指导今后红粘土地段的路基施工。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究的目的和意义

1.2红粘土研究的历史

1.3红粘土研究的现状

1.3.1红粘土的分布与成因

1.3.2红粘土的微观结构特征

1.3.3红粘土的物理力学特性

1.3.4红粘土的胀缩性和裂隙性

1.3.5红粘土的强度特性

1.3.6红粘土的变形特性

1.3.7红粘土的工程应用与灾害防护

1.4本文的主要研究内容

第二章红粘土的工程地质特性

2.1概述

2.2红粘土的工程分类

2.2.1按土的成因分类

2.2.2按土性分类

2.2.3按土的结构分类

2.2.4按湿度状态分类

2.2.5按土的复浸水性分类

2.3红粘土的物理力学性质

2.3.1物理力学特征

2.3.2物理力学参数在空间分布上的特征

2.4红粘土的工程性质

2.4.1红粘土的压实性

2.4.2红粘土的胀缩性

2.4.3红粘土的地基稳定性

2.4.4红粘土的地基承载力

2.5红粘土物理力学性质指标之间的相关性

2.5.1初始孔隙比和初始含水量之间的相关性

2.5.2塑性指数与自由膨胀率之间的相关性

2.6本章小结

第三章武广客运专线红粘土强度特性的试验研究

3.1概述

3.2红粘土破坏形式及强度确定

3.3影响红粘土抗剪强度的主要因素

3.3.1红粘土的物质成分

3.3.2结构与构造

3.3.3含水量

3.3.4不同的试验方法

3.3.5红粘土的成因

3.3.6干湿循环

3.4室内试验理论依据

3.5试验方案设计及试验步骤

3.5.1试验方案设计

3.5.2试样制备

3.5.3试验主要仪器设备

3.5.4试验步骤

3.6初始含水量对红粘土强度的影响

3.6.1不同初始含水量红粘土的应力—应变特性

3.6.2初始含水量对内聚力和内摩擦角的影响

3.6.3影响机理分析

3.7裂隙对红粘土强度的影响

3.7.1裂隙发育红粘土的剪切破坏特征

3.7.2裂隙发育对红粘土强度的影响

3.8轴向应力对红粘土强度的影响

3.8.1不同轴向应力下红粘土的应力—应变特性

3.8.2影响机理分析

3.9不同试验方法对红粘土强度的影响

3.9.1直剪试验和三轴试验对红粘土强度的影响

3.9.2快剪和慢剪对红粘土强度的影响

3.10本章小结

第四章武广客运专线红粘土变形特性的试验研究

4.1概述

4.2红粘土的应力—应变变形特性

4.2.1土体的变形特性

4.2.2红粘土的应力—应变特性

4.2.3红粘土的体积应变—轴向应变关系

4.3红粘土的固结变形特性

4.3.1土的固结变形特性

4.3.2室内固结试验方法

4.3.3红粘土的变形参数

4.3.4红粘土的固结参数

4.3.5红粘土的固结变形特征

4.4红粘土固结变形的微观控制机理

4.4.1红粘土的物质成分

4.4.2红粘土的细微观结构分析

4.4.3固结变形的微观结构控制机理分析

4.5红粘土固结变形的成因分析

4.5.1红粘土剖面特征的成因分析

4.5.2红粘土固结变形特性的成因分析

4.6红粘土的胀缩变形特性

4.6.1土体胀缩变形的基本理论

4.6.2影响红粘土胀缩变形的主要因素

4.6.3红粘土的胀缩变形特性

4.6.4红粘土胀缩变形的时程特性

4.7本章小结

第五章武广红粘土地基在施工中变形特性的有限元分析

5.1地基沉降变形计算理论与方法概述

5.1.1分层总和法

5.1.2应力路径法

5.1.3按应力历史影响求解

5.1.4有限单元法

5.2红粘土地基在施工中的变形特性研究

5.2.1 Mohr-Coulomb屈服准则

5.2.2有限元分析的基本假定

5.2.3施工逐级加载与一次加载的原理

5.2.4模型的建立及网格的划分

5.2.5有限元分析参数的确定

5.2.6加载及约束情况

5.2.7计算结果分析

5.2.8路堤分层填筑荷载下红粘土地基变形特性分析

5.3本章小结

第六章结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文和科研工作情况