高速鐵路黃土路基沉降分析及控制畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ............................................ 40 路基沉降的監測內容及要求 .............................................................................. 40 沉降觀測基本要求 ....................................................................................... 41 路基沉降監測的技術要求 ........................................................................... 42 合理選擇 觀測設備。 .......................................................................................... 43 觀測元件埋設說明 .............................................................................................. 43 沉降觀測操作要求 .............................................................................................. 44 沉降觀測時間、頻率 .......................................................................................... 44 沉降觀測資料的應用 .......................................................................................... 45 第 5章 結論與展望 ........................................................................................................... 47 結論 ...................................................................................................................... 47 展望 ...................................................................................................................... 47 參考文獻 ............................................................................................................................. 48 致謝 ..................................................................................................................................... 49 博文學院 畢業論文 1 第 1 章 緒論 選題背景及意義 我國幅員遼闊，鐵路經過的地區比較復雜，路基作為鐵路的重要組成部分，是承受軌道結構重量和列車荷載及各種附加力的基礎， 路基 本體 必須有足夠的強度和一定范圍內的變形，所以作為承載高速鐵路的基礎 — 路基的設計 得到越來越廣泛的重視，把路基作為土 工結構物來設計的理念在路基設計中逐步得到體 現 ,在一般情況 下，路基 給工程帶來的主要難題是沉降變形及其各種處理措施條件下的固結問題，所以路基沉降變形問題是高速鐵路設計中所要考慮的主 要 控 制 因素。 為了確保列車安全、平穩運行，路基必須具有強度高，剛度大、穩定性、耐久性好，不易變形等優良特性。隨著我國既有線大面積提速改造及快速鐵路、高速鐵路的修建， 如何解決 路基沉降這個 屢屢出現的問題就被提上日程。 我國鐵 路路基現狀 長期以來，我國新建鐵路沒有把 路基當成土工結構來對待，而普遍冠名為土石方。在“重橋隧，輕路基，重土石方數量，輕質量”的傾向下，路基翻漿冒泥、下沉、邊坡坍滑、滑坡等病害經常發生，使新建鐵路交付運營多年 仍不能達到設計速度與質量，經濟效益與社會效益較差。 運營鐵路路基技術狀態不佳，強度低，穩定性差，嚴重威脅鐵路運輸和安全，已成為鐵路運輸的主要薄弱環節。如今，全國鐵路網已相繼完成四次提速， 開 發 了一批最高運行速度為 140～ 160KM/h的“快速列車”。 運營時速為 200KM的秦沈客運專線的建成通車，使我國鐵路 路基設計施工水平有了較大幅度的提高，極大地促進了路基工程的進步。 黃土 通常將具有以下特性的土稱為黃土；顏色以黃色、褐黃色為主，有時呈灰黃色；顆粒組成以粉粒 (～ )為主，含量一般在 60%以上； 有肉眼可見的大孔隙、較大孔隙，一般在 ；富含碳酸鹽；垂直 節理發育。公路工程中，根據黃土博文學院 畢業論文 2 沉積年代不同，可將黃土分為新黃土 (如馬蘭黃土 Q Q4)、老黃土 (離石黃土 Q1 Q22)、紅色黃土 (午城黃土 Q1)三類；根據黃土的濕陷性又分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土。 黃土的顆粒 組成會及結構 黃土的顆粒組成以粉粒為主，其含量可 達 50%以上，其中粗粉粒 (～ )含量大于細粉粒 (～ mm)含量 。黃土中的粘粒、細粉粒和腐殖質膠體，大部分被膠結成集?；蚋≡谏傲＜按址哿５谋砻?，或聚集在大顆粒間的接觸點處。黃土中的粉粒和集粒共同構成了支承結構的骨架，較大的砂粒 “浸”在結構體中 由于其排列比較疏松，接觸連接點少，構成了一定數量的架空孔 在結構體中， 而在接觸連接處沒有或只有少量的膠結物質。常見的膠結物質有聚集在連接點處的粘粒，易溶鹽及沉積在該處的 CaCO MgCO3等。 研究表明 ，黃土的粉粒含量越大，其孔隙比越大，干密度越小，其濕陷性越明顯。 粘粒的存在對濕陷性有抑制作用，當粘粒含量大于 30％ 時 ，濕陷性幾乎減弱到不復存在，當然這與粘粒的結構、性質及分布有關。 在顆粒大小中，小于 陷 性的影響更加明 顯 。 黃土的多孔性 黃土中的孔隙，呈垂直或傾斜的管狀，以垂直為主，上、 下貫通，其內壁附有白色的膠結物，一般為 CaCO3,這種膠結對黃土起著加固 作用。 一般將黃土的孔隙分為以下三類：①大孔隙，直徑約 ～ ，肉眼就可辯識；②細孔隙，是架空結構中大顆粒的粒間 孔隙，肉眼看不見，可在放大鏡下觀察到：③毛細孔隙 ，由大顆粒與附在其表面上的小顆粒所形成的粒間孔隙，肉眼更看 不見。由這三種孔隙形成了黃土的高孔隙性，故又將黃土稱為“大孔隙土 ”。 黃土孔隙率一般在 35％ ～ 60％ 之間，有沿著深度逐漸減小的 趨勢；在地理位置上，自東向西，自南向北，黃土孔隙率有增大的規律。 一般認為黃土的孔隙是引起黃土濕陷的主要原因，但有資料表明壓實黃土仍存在大孔隙，也具有濕陷性 ，表明這不是黃土濕陷的根本原因，但它為黃土濕陷提供了足夠的空間 【 1】 。 黃土的濕陷性與變形特 性 濕陷 性是指土 在自重或附加應力與自重共同作用下受水浸濕后產生急劇而大量的下沉。 浸水濕陷只在士體自重作用下產生的黃土稱為自重濕陷性黃土 ， 而浸 水濕陷在土體自重與附加應力共同下產生的黃土稱為非自重濕陷性黃土。 根 據自重濕陷量與總濕陷量可對濕陷性場地進行濕陷等級與濕陷類型劃分。 非自重濕陷性場地的濕陷起博文學院 畢業論文 3 始壓力一般大于土的飽和自重壓力，濕陷敏感性較弱，濕陷性事故較少，自重濕陷性場地的濕陷起始壓力小于其上覆土的飽和自重壓力，濕陷敏感性較強，濕陷性事故多 。 黃土與其它粘土的區別在于黃土對含水量的變化極為敏感，含水量的高低嚴重影響 土的濕陷性和承載力的高低，含水量低時，土的濕陷性強烈，但承載力卻很高，隨著含水量的增 加，土的濕陷性逐漸減弱，承載力隨之急劇下降，而壓縮性卻得以提高。根據大量土樣的試驗資料統計結果表明，黃土的濕陷性與飽和度成直線反比關系，見表 ll， 即飽和度愈低，土的濕陷性愈強，土的濕陷性隨著飽和度的增大而降低。 表 11 飽和度 Sr與濕陷系數 6s的關系 飽和度 Sr (％ ) 濕陷系數 ?s 范圍 濕陷系數 ?s 中值 ＜ 30 ～ 30～ 40 ～ 40～ 50 ～ 50～ 60 ＜ ～ 60～ 70 0～ ＞ 70 0～ ?s ＞ % 黃土的壓縮性反映黃土地基在外荷載作用下產生壓縮變形的大小，主要取 決于土的密實程度和含水量，三者的關系見表 l2。 表 12 黃土變形模量與含水量和孔隙比的關系 土類 含水量（ %） 孔隙率（ %） 變形模量 （ Mpa） 黃土 10～ 17 47～ 48 ～ 6～ 8 46～ 48 ～ 8～ 14 47～ 49 ～ 黃土狀粉質粘土 12～ 18 43～ 45 ～ 22～ 25 45～ 48 ～ 25～ 30 40～ 45 ～ 黃土的結構性問題 結構性應該是描述土物理本質中比粒度、密度、濕度 重要的一個側面。 它 的 重要性早為太沙基所指出，也早為一系列學者所重視。 如果說結構性對任何土 都是 重 要的，那么，對黃土就更是不可 避 免 的，具有更大的意義。研究黃土的結構 性 及其在力和水作用下的變化規律對整個土力學研究的對象都會有很大的輻射 作 用。 博文學院 畢業論文 4 目前，將黃土受力、水作用后結構由損傷到破壞作定量描述的固體力學方 法 ， 因其可以回避在尋求獨立表示土結構性參數上的困難，使結構性 關系 的 建立出現了新的跳 躍。但它仍然遇到了建立不同濕密狀念土在受到外力作用 過程中損傷變量正確表述的困難．顯然，如果能夠找到一 個能合理反映土的結構性及其隨水與力的作用而變化的土結構性參數，無疑會使問題的解決更加直觀、更加靈活，會使土力學的參數體 系更加完善．文獻中關于綜合結構勢這一新指標的提出及對其合理性、靈敏性、穩定性與普遍性的檢驗的相關研究表明： (1)黃土的結構可視為一個由單粒、集粒或凝塊等骨架單元共同形成的空間結構體系．它的單元形態 (單粒的礦物碎屑與集?；蚰龎K )確定了力的傳遞性能和土的變形性質，它的連接方式 (點接觸、面接觸 )確定了土的結構強度，它的排列方式 (大孔隙、架空孔隙、粒間孔隙 )確定了土的穩定性．單粒點接觸、架空孔隙占優勢的結構，濕陷性大；集?；蚰龎K，面接觸、粒間孔隙占優勢的結構，濕陷性小． (2)黃土結構性的研究，應 既注意揭示土顆粒排列的幾何特征 (以孔隙分布特征最為敏感 )，又注意揭示土顆粒聯結 (物理的和化學的， 而以化學的為最敏感 )的力學特征，同時將結構與組成 相結合，探討黃土的非均質性，各向異性． (3)從黃土力學的觀點來看，結構性研究的根本目的在于揭示結構性對土力學行為的影響及內在聯系，因此，將土的微觀結構與宏觀力學行為相結合是一條正確的研究途徑． (4)黃土的結構性問題在其結構聯結沒有遭到破壞以前表現為它維持結構可穩性的能力，它和顆粒聯結的特性與穩定性有關；在結構聯結遭到破壞以后 表現為結構可變性的能力，它和顆粒的排 列 特性與均勻性有關． 第 2章 路基沉降 的原因及影響 路基沉降 路基裸露在自然界中，整個路基經常受到自重、列車荷載和各種自然因素的作用。由于水、溫度和各種荷載的作用，路基的各部分將產生可恢復和不可恢復的變形，那些不能恢復的變形，將引起路基標高和 邊坡坡度、形狀的改變，甚至造成土體位移和路基橫斷面幾何形狀的改變，危及路基及其各組成部分的完整和穩定，形成路基的危害 路基沉降的原因 博文學院 畢業論文 5 路基填土壓實度不足 由于壓實度不足，往往導致填方路基的不均勻沉降變形，路基兩側出現縱向裂縫，路基土體壓 實度不足的主要原因有以下幾點 : (1)施工受實際條件的限制。路基施工時，天氣太干燥，局部路堤填料粘土土塊粉碎不足致使路基壓實度不均勻 。暗埋式構造物處因構造物長度限制使路基邊緣不能超寬碾壓，致使路基邊緣壓實度不夠 。某些加減速車道與行車道沒有同步施工，當拼接處理得不好時，其拼接處也會產生壓實度不足的情況。 (2)考慮到施工安全和進度，使得壓力或壓力作用時間不足，路基壓實不充分，致使路基壓實度達不到規范要求。 (3)由于填方土體的最佳含水量控制不好，壓實效果達不到規范要求。 (4)在填方路堤施工中，當路堤施工到一 定高度以后，路堤邊緣