胶济客运专线深厚非饱和土地基沉降特性试验分析

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页1．1前言第1章绪论随着我国高速铁路的快速发展，对线路的稳定性、平顺性、舒适性要求也越来越高，路基作为轨道的基础其稳定性和坚固性直接关系到线路的质量、列车的正常运行及安全，特别是高速列车运行时更需要有良好的路基基础，因此路基必须具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好，并能抵抗各种自然因素的影响，在运营条件下将线路轨道的设计参数维持在要求的精度范围内，确保轨道高平顺性，满足高速行车要求【l】。高速铁路路基沉降主要有两部分组成：路摹本体的沉降变形和地基的沉降变形。路堤本体沉降产生的因素主要有：路堤填料压实；路堤边坡侧向变形；路堤受列车动荷载作用

2、范围内填料，因为受荷载重复作用而产生累积残余变形，目前路基的本体沉降计算主要采用分层总和法计算，但国外也有根据经验方法确定路基本体沉降，特别是针对无碴轨道的路基沉降计算要求做大型模型试验来进行模拟计算。地基的沉降变形主要由两方面决定：一、地基土的工程性质条件及其各种力学参数，这是由地基土的特性所决定的，是地基沉降变形的内因；二、上部荷载导致的基底及地基内的附加应力，这是导致地基沉降变形发生的外在因素。因此地基的沉降主要通过两方面进行研究，一是找出地基土的强度变形参数，而强度变形参数主要通过压缩固结试验、三轴压缩试验等室内试验以及静力触探、标准贯入试验、平板载荷试验、旁压试验

3、等现场试验来确定地基土的变形和强度特性。而对于上部荷载对地基土的影响主要通过计算进行确定，目前上部荷载的计算分两部分进行计算，首先计算基底应力分布，主要方法有近似荷载法如比例荷载法、均布荷载法，国外有弹性土堤法等，随着计算机技术的发展和进步出现了专业的工程计算软件如ANSYS、FLAC3D等，可以通过此类软件进行数值模拟计算，当然也可以通过埋设仪器直接测量摹底的附加应力，这也是最可靠的方法，然而此类实测的现场数据资料还是很少。地基内部的附加应力计算目前国内大多是采用布氏理论计算，而弹性土堤法也可以计算地基内部的附加应力，不过计算方法复杂繁琐，目前国内还很少采用。西南交通大学

4、硕士研究生学位论文第2页土力学研究领域涵盖各种不同的土类。在实际工程中，土可以是饱和的，即孔隙中充满水；也可以是不饱和的，即孔隙中除了水以外还有空气。工程实践中可以遇到的各种土，其性状并不符合经典饱和土力学的原理与概念。工程上难处理的土，通常都是由于存在不只两相所造成，性状与经典饱和土力学不一致的土，绝大部分是非饱和土，因此将饱和土和非饱和土加以区分是必要的，因为两者在性质和工程性状上存在着根本差异。通常定义非饱和土具有三相，即固相、液相、气相。更确切的说，非饱和土中还有第四相存在，亦即水、气的分界面或所谓收缩膜(Fredlund和Morgenstern，1977)12]。

5、以气泡形式存在的少量空气会使孔隙中的流体成为可压缩的，孔隙中空气的存在是使非饱和土性质复杂化的主要原因，也给试验揭示其特性规律带来了巨大困难。工程上遇到的岩土工程问题严格说来大多属于非饱和土问题，建立在完全饱和假设之上的一般土力学理论应用于非饱和土必然存在误差甚至导致严重错误，因此加强非饱和土基础理论和实践应用方面的研究是工程界迫切需要解决的问题。当地下水位上升或地面遭水浸润时，非饱和土将产生变形。一方面，由于含水量增加，土的容重将增大，因此上覆压力将增大，从而引起压缩变形：另一方面，含水量的增加将引起基质吸力的下降，从而引起土变形的回弹。因而非饱和土的研究工作对岩土学科以

6、及土力学的进步有非常重要的意义。由于非饱和土沉降计算理论还不成熟，很难确定其沉降变形与时间的关系，加之路堤竣工后放置时间一般较短，因此，目前国内所设计的无碴轨道客运专线深厚非饱和土层地基均采用复合地基进行处理。在我国北方地区广泛分布着深厚粉土、粉质粘土等非饱和地层，这些类型的非饱和土具有沉降大、易产生不均匀沉降、工后沉降不易预测等特点。对于此类非饱和土地基，设计时主要采用重型碾压，少量过渡段采用搅拌桩、CFG桩进行加固处理，局部地段采用强夯或堆载预压处理。然而非饱和土地基沉降量和最终沉降完成时间的分析和预测存在着不少难题，由于国内外尚无相关方面的非饱和土地基沉降计算理论，其

7、路基施工工期(地基沉降稳定时间)存在不确定性，非饱和土地基堆载预压时间、效果及适用条件也有待研究；对于一般碾压处理、强夯堆载预压、CFG桩和水泥土搅拌桩处理非饱和土地基沉降的效果还需要进行现场测试和室内物理力学试验的检验。胶济客运专线属冲洪积平原地貌，地形平坦开阔，沿线大量分布厚度20～40m的粉土、粉质粘土等非饱和土地基，对这两类非饱和土的工程特性掌握还不够深入、准确，相应的处理措施尚不完全有效，因此通过对胶济客专非饱和西南交通大学硕士研究生学位论文第3页土地基沉降特性及地基处理技术研究，探讨地基路基的沉降规律和