水泥改良土作为高速铁路路基填料动力特征探究

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1、水泥改良土作为高速铁路路基填料动力特征探究　　摘要：本论文研究了水泥改良土作为高速铁路路基填料时，其在列车动荷载作用下的动态特性，探讨了水泥改良土作为铁路路基基床填料的可行性。关键词：水泥改良土动力特性高速铁路路基填料中图分类号：U238文献标识码：A文章编号：1、前言铁路路基基床而言，除了承受上部结构的静荷载外，还要受到列车东荷载的反复作用，因此，在高速铁路路基基床底层改良土的设计中，不应局限于传统的准静态设计，只分析静态指标，还应考虑其在列车动载荷作用下的动态特性。本论文研究了水泥改良土作为高速铁路路基填料时，其在列车动荷载作用下的

2、动态特性，探讨了水泥改良土作为铁路路基基床填料的可行性。2、试验方案2.1试验设备和工作原理5本试验仪器为DDS－70型振动三轴仪，它主要由主机、静力控制系统、动力控制系统、量测和数据处理系统组成。振动三轴仪的工作原理是由信号发生器根据需要的波形和频率信号，经过功率放大器放大后输入到激振电磁线圈，使其在恒定磁场内按照所控制的波形和频率在垂直方向进行振动。试样受振后将产生动应力、动应变和动孔压（饱和土）。三者分别由应力传感器、变形传感器和孔压传感器将各自的信号输入到记录仪和数字采集系统中。2.2试验参数选择加荷方式和加荷频率：交通荷载是实

3、际工程中的动荷载形式，一般为随机波。鉴于目前试验条件的局限性，近似的用正弦荷载来模拟交通荷载。交通荷载频率主要依据火车对轨道的振动频率来确定。加载的频率为f。从理论上讲，f为一系列频率的组合，与运行速度、车长、转向架、轴距等有关，对路基影响最大的频率是车辆通过的频率，即基本频率f＝v/li，本次试验取加载频率为5HZ。（速度按160km/h考虑）。2.3试验方法试验前拟定好试验方案，调试好仪器设备使其处于正常工作状态。然后按照国家现行标准，进行土试样的制备、施加静应力、进行振动、测记数据并进行分析处理等工作。1.试样的制备和养护5试样的

4、制备按照水电《土工试验规程》（SL237－017－1999）的4.1.3扰动土制样完成，试样直径39.1mm，高度80mm，在土中掺入5%的水泥，按照最佳含水量17.6%配制，具体方法同无侧限抗压强度的制样。养护采用标准养护，即试样放入恒温恒湿的砂中，养护7d，第8天开始试验。2.试验过程试样在三轴室内安装后，先向压力室内施加一等向围压σ3，然后再在轴向施加静压力σ1，待试样固结稳定后，轴向施加等幅正弦动荷载±σd。模拟列车加载，加载的频率为f=5HZ。考虑到火车动荷载作用的短暂性，动三轴试验是在不排水条件下进行的。实验结果见表1。表1

5、动应力－动应变数据表3.试验结果分析在不同围压σ3下，水泥土的动应力（σd）－动应变（εd）关系，见图1。水泥混合土的累积塑性应变随动荷载水平的增加而增加。围压为50KPa时，临界动应力值约为140KPa；围压为100KPa时，临界动应力值约为210KPa；围压为150KPa时，临界动应力值为约400KPa。随围压的增加，临界动应力值的增加幅度较大，相应的应变值减小。且初始变形以弹性变形为主，后塑性应变逐渐累积，曲线斜率逐渐增大，动应力愈大，同一围压下，动应变也愈大。在相同的振动频率下，水泥土在达到临界动应力时的动应变εd=0.85%（

6、σ3＝50KPa），说明水泥土具有一定的脆性。5图1水泥土动应力(σd)－动应变（εd）关系曲线水泥土对围压的变化反应极为敏感，当围压由50Kpa增加到150Kpa时，临界动应力增加到了近3倍。对于我们研究的铁路路基而言，土的围压大小主要和路基距离轨道的深度有关，所以对于铁路路基而言，对深层地震灾害破坏的预防可以采用水泥土路基或基床。高速铁路路基基床表层顶面动荷载幅值的大小为100Kpa，载荷在路基面上的分布面积为260cm×280cm。按布辛纳斯克(boussinesq)理论Odemark当量理论可求解路基面以下0.7m处(基床底层顶

7、面)的动应力幅值，其大小约为92Kpa。动应力的衰减与路堤填料种类、密实度等有关，根据国内外既有铁路的实测结果表明，基床底层顶面的动应力幅值为50～85Kpa。3、结论从试验结果可以看出，即使是在围压为50Kpa的时候，水泥改良土土的临界动应力达到140Kpa，可以满足路基基床表层及路基基床底层及以下路堤填土的强度要求。在此要说明的是，本次试验采用的试件养护期为7d，水泥土后期强度增长缓慢，但增长量很大，所以临界动强度还有提高的空间，约为30%～40%。所以对于掺入5%水泥的改良土，从动力学方面来说，完全可以满足设计要求。参考文献：5[

8、1]杨广庆等.高速铁路路基改良土的有关问题[J].铁路标准设计，2003，（5）：15～16[2]覃应华。填料改良及其力学特性的试验研究。(学位论文)。北京；铁道部科学研究院铁道建筑研究所.1997[3]张