重载铁路路桥过渡段湿陷性黄土特性及路基沉降控制研究

摘要

重载铁路路桥过渡段路基容易产生差异沉降，形成道碴囊、道碴槽等病害，造成线路不平顺，影响行车安全;在湿陷性黄土区，由于地基土性质特殊，路桥过渡段路基的不均匀沉降问题更加突出。
　　本文依托新建大准至朔黄铁路联络线工程，以ZCZQ-6段泉儿沟大桥路桥过渡段为研究对象，通过室内土工试验研究了路桥过渡段黄土的工程特性;针对黄土特性，提出了灰土挤密桩复合地基和路基填土改良相结合的综合处理措施以控制过渡段的沉降，在试验基础上建立了路桥过渡段三维有限元模型，模拟分析沉降控制的效果，并对沉降控制方法进行优化分析。
　　本文通过室内土工试验、复合地基现场检测试验、有限元数值模拟等研究方法，主要得到以下结论:
　　(1)泉儿沟大桥路桥过渡段黄土具有中等压缩性，为中度湿陷性黄土;黄土的破坏强度与压实度呈现正相关，与含水率呈现负相关，且变化明显;黄土的抗剪强度参数与压实度、含水率的关系可以用幂指函数拟合，且对于含水率和压实度的变化敏感性很强。
　　(2)灰土挤密桩复合地基，在工程设定的布置方案下，地基承载力、桩体压实系数，桩间土挤密系数、湿陷系数均满足要求。灰土挤密桩复合地基是处理湿陷性黄土地基的有效方法;石灰改良的黄土，压实性能、抗压强度得到大幅提升，压缩系数和湿陷系数显著降低，作为路基填土符合重载铁路路基设计标准。
　　(3)数值模拟结果显示，针对湿陷性黄土区路桥过渡段的两项处理措施均能有效控制沉降;路基结构各部分的填料等级优化模拟发现，倒梯形过渡段填料等级对沉降控制效果最明显;复合地基中，灰土桩的桩长、桩径、桩间距对沉降值均有影响，其中桩长的影响最为明显;在过渡段地基纵向范围内设置变桩长灰土挤密桩，能进一步减少靠近桥台处的路基沉降值，并且扩大路基沉降过渡的范围。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究现状

1．2．1 重载铁路路桥过渡段研究

1．2．2 湿陷性黄土特性研究

1．2．3 湿陷性黄土地基处理研究

1．2．4 黄土路基填料改良的研究

1．3 本文主要研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 路桥过渡段湿陷性黄土工程特性试验研究

2．1 工程区概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 地形、地貌

2．1．3 气象特征

2．1．4 工程地质特征

2．1．5 水文地质特征

2．2 过渡段黄土特性试验研究

2．2．1 试验黄土基本物理性质

2．2．2 液塑限试验

2．2．3 击实试验

2．2．4 固结压缩试验

2．2．5 湿陷性试验

2．3 黄土三轴抗剪强度特性研究

2．3．1 试验目的和方法

2．3．2 试验数据处理

2．3．3 含水率对黄土变形与强度影响规律

2．3．4 压实度对黄土变形与强度影响规律

2．3．5 黄土强度参数变化规律

2．4 本章小结

3 湿陷性黄土灰土挤密桩复合地基试验研究

3．1 灰土挤密桩复合地基理论

3．1．1 灰土挤密桩地基加固机理

3．1．2 灰土挤密桩复合地基技术参数

3．2 灰土挤密桩复合地基试验方案

3．2．1 灰土挤密桩布置方案

3．2．2 复合地基平板载荷试验

3．2．3 室内土工试验

3．3 灰土挤密桩复合地基试验结果分析

3．3．1 复合地基承载力分析

3．3．2 复合地基综合分析评价

3．4 本章小结

4 路桥过渡段路堤填料改良研究

4．1 路桥过渡段路堤填料选择

4．2 石灰改良路堤填土试验研究

4．2．1 石灰改良黄土击实试验

4．2．2 无侧限抗压强度试验

4．2．3 压缩特性及湿陷性试验

4．3 本章小结

5 路桥过渡段黄土复合地基沉降控制效果分析

5．1 路基沉降的有限元计算理论

5．1．1 ABAQUS在岩土工程中的应用

5．1．2 有限元法计算沉降的机理

5．2 计算模型的建立

5．2．1 几何模型的建立

5．2．2 基本假定和参数选取

5．2．3 边界条件

5．2．4 荷载条件

5．3 路桥过渡段沉降控制效果模拟

5．4 路桥过渡段沉降控制方案优化分析

5．4．1 过渡段路堤填料的优化

5．4．2 灰土挤密桩尺寸对沉降的影响

5．4．3 灰土挤密桩的优化布置

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

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