Effect of confining pressure on ballast degradation and deformation under cyclic triaxial loading

摘要

Les fondations ou infrastructures ferroviaires traditionnelles connaissent ces dernières années une surcharge croissante, en raison de l'introduction de trains plus lourds et plus rapides. Un manque de réingénierie des infrastructures a conduit à une augmentation de la fréquence et des coûts des cycles de maintenance. Le tassement différentiels des voies et la détérioration du ballast, provoqués par des charges par essieu croissantes, constituent deux problèmes importants. L'une des méthodes d'amélioration de l'infrastructure potentielle consisterait à manipuler le niveau de confinement du ballast. Pour étudier cette possibilité, une série de tests cycliques triaxiaux à haute fréquence a été réalisée pour examiner les effets de la pression de confinement et de l'amplitude de la contrainte déviatorique sur la dégradation et la déformation du ballast (permanente et résistante). Les résultats expérimentaux indiquent que, pour chaque contrainte déviatorique considérée, il existe une plage de pressions de confinement optimale telle que la détérioration soit minimale. La plage observée varie de 15-65 kPa pour une contrainte déviatorique maximale de 230 kPa jusqu'à 50-140 kPa lorsque les contraintes déviatoriques atteignent 750 kPa. Les échantillons de ballast testés à des pressions de confinement faibles correspondant à des conditions in situ sont se caractérisent par des déformations axiales excessives, une dilatation volumétrique et un niveau de dégradation inacceptable associé essentiellement à une cassure dans l'angle. Les résultats suggèrent que les pressions latérales in situ doivent être accrues pour compenser les charges par essieu des trains plus lourds. Des méthodes pratiques pour obtenir une augmentation du confinement sont également proposées.%Traditional railway foundations or substructures have become increasingly overloaded in recent years, owing to the introduction of faster and heavier trains. A lack of substructure re-engineering has resulted in maintenance cycles becoming more frequent and increasingly expensive. Two significant problems arising from increasing axle loads are differential track settlement and ballast degradation. One potential method of enhancing the substructure is to manipulate the level of ballast confinement. To investigate this possibility, a series of high-frequency cyclic triaxial tests has been conducted to examine the effects of confining pressure and deviator stress magnitude on ballast deformation (permanent and resilient) and degradation. Experimental results indicate that, for each deviator stress considered, an 'optimum' range of confining pressures exists such that degradation is minimised. This range was found to vary from 15-65 kPa for a maximum deviator stress of 230 kPa to 50-140 kPa when deviatoric stresses increase to 750 kPa. Ballast specimens tested at low confining pressures indicative of current in situ conditions were characterised by excessive axial deformations, volumetric dilation, and an unacceptable degree of degradation associated mainly with angular corner breakage. The results suggest that in situ lateral pressures should be increased to counteract the axle loads of heavier trains, and practical methods of achieving increased confinement are suggested.