路橋過渡段路基基床表層土靜動力特性分析

祝朝旺 劉升傳 吳立堅

鐵路路堤是軌道的基礎(chǔ),其質(zhì)量的好壞直接影響鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩托?。重載鐵路要求路基強(qiáng)度高、剛度大、穩(wěn)定性和耐久性好,并能抵抗各種自然因素的影響。路基土在行車荷載特別是重載作用下,其強(qiáng)度和變形特性都要受到很大影響,對粉砂土而言則易產(chǎn)生液化,造成路基不均勻沉降,給列車運(yùn)行帶來極大危害。粉砂是具有特殊工程性質(zhì)的土類,其特性與砂和黏土有相似之處,但又有明顯差異。因此,不能簡單地套用針對純凈砂土或是黏土得到的試驗參數(shù)。本文主要對朔黃鐵路過渡段路基進(jìn)行其路基質(zhì)量檢測方面的研究,通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗詳細(xì)分析了該段路基基床表層土的靜動力特性(見圖1)。測試范圍為朔黃鐵路第170號橋(K361+904)兩端路橋過渡段。上行線(重車方向)軌道為無縫線路,鋼軌為70 kg/m軌,Ⅱ型軌枕,軌枕間距1 840根/km,道床厚度0.5 m～0.6 m不等。路橋過渡段范圍內(nèi)(臺后30 m)路基下沉,道床厚度明顯增加,線路縱向平順度并不理想。下行線(輕車方向)為60 kg/m軌,普通線路,Ⅱ型軌枕,軌枕間距1 840根/km,道床厚度0.5 m～0.6 m不等。

1 土的靜力特性分析

現(xiàn)場過渡段不同位置土的顆粒級配曲線如圖2所示,其計算結(jié)果如表1所示(表中,Cu為不均勻系數(shù);Cq為曲率系數(shù);d10,d30,d60分別為粒徑分布曲線的縱坐標(biāo)上累計百分含量等于10%,30%,60%時對應(yīng)的粒徑)。分析認(rèn)為土樣屬于級配較差的土樣,在重載作用下液化可能性大。

表1 顆分參數(shù)計算結(jié)果

現(xiàn)場砂黏土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果如表2所示,單軸抗壓強(qiáng)度 σc=0.545 MPa,彈性模量 E=34.846 MPa,說明該砂黏土的單軸抗壓強(qiáng)度σc較高。

由砂黏土三軸剪切試驗結(jié)果看(見表3),其粘聚力 Ccu=0.11 MPa,內(nèi)摩擦角 φcu=25°,有效粘聚力 C′=0.14 MPa,有效內(nèi)摩擦角φ′=24°,可看出該砂黏土有一定的粘聚力,表現(xiàn)出黏土的性質(zhì),且該砂黏土在三向受壓條件下,當(dāng)壓力小于抗壓強(qiáng)度時,變形很小,基本滿足彈性變形規(guī)律,當(dāng)應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度后,則產(chǎn)生塑性流動,盡管會產(chǎn)生很大的塑性變形,但承載力并不顯著降低。

表2 砂黏土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗數(shù)據(jù)表

表3 砂黏土三軸剪切試驗數(shù)據(jù)表 MPa

2 土的動力特性分析

目前,砂土或黏土的原位結(jié)構(gòu)性及其對靜、動力強(qiáng)度以及變形的影響進(jìn)行了一些試驗研究[1,7],但對粉砂土和砂黏土的研究還較少,因此本文對這兩種土進(jìn)行了詳細(xì)的試驗,分析其變形及動力特性,有實際意義。常規(guī)三軸試驗曲線見圖3,由同一壓實度下不同圍壓下的應(yīng)力—應(yīng)變曲線分析可知,該段路基土的應(yīng)力應(yīng)變特性如下:1)應(yīng)力應(yīng)變曲線存在非常清楚明顯的線性段,主要原因是在這種土層中普遍存在一種彈塑性結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度,這種連接強(qiáng)度對土體的變形影響很大,在被克服之前,主要控制土體的變形,當(dāng)這種連接強(qiáng)度被克服后,土體表現(xiàn)為彈塑性變形。2)同一壓實度下,隨著圍壓的增加,應(yīng)變速率和峰值偏應(yīng)力均增加。

從圖4中同一含水量、相同圍壓,不同壓實度下的(σ1～σ3)—ε關(guān)系曲線看出,隨主應(yīng)力差(σ1～σ3)增加,軸向應(yīng)變ε一直增大,首先表現(xiàn)為線性增加,然后曲線增加,表現(xiàn)為應(yīng)變硬化。

3 結(jié)語

本文詳細(xì)分析了朔黃鐵路第170號路橋過渡段兩側(cè)東西上下行路基表層土的各項性質(zhì),通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗結(jié)果表明,該段路基表層土存在液化可能性,且該段粉砂土和砂黏土的性質(zhì)與砂和黏土有相似之處,又有很大不同。三軸試驗結(jié)果表明土體表現(xiàn)為彈塑性變形,應(yīng)力—應(yīng)變曲線表現(xiàn)為應(yīng)變硬化。

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