湿陷性黄土地基高速铁路桩承式路堤离心模型试验及沉降控制研究

论文摘要

高速铁路具有运能大、能耗低、安全性强、污染轻和不受气候影响等优势,在国内外得到了很快的发展。路基作为轨道结构的基础要为列车的高速行驶提供一个高平顺性和稳定性的轨下基础,必须在运营条件下将线路轨道的设计参数保持在要求的标准范围之内,这无疑是对高速铁路的沉降稳定提出了很高的要求。高速铁路路基要具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好、不易变形、纵向变化均匀等工程性质。控制路基的工后沉降,一直是工程界关心的问题之一,是高速铁路路基设计的关键。桩承式路堤是近年来国内外出现的一种新的地基处理形式。桩承式路堤属于竖向增强体(桩及桩帽)与水平加筋体(水平加筋垫层)联合使用的一种新型路堤结构形式,这种结构结合了竖向增强与水平加筋的优势,具有沉降小、施工速度快、结构稳定、造价低等优点。所以桩承式路堤在国内外铁路公路路基地基处理中有很大的推广价值。到目前为止,桩承式路堤在国内的应用刚刚起步,桩承式路堤在国内外工程中的应用和理论研究都只限于软土地基,尚未将其推广到湿陷性黄土地基处理工程中。鉴于桩承式路堤的突出优点,本文尝试将其应用于对湿陷性黄土地基的处理,并对其沉降控制能力和沉降规律进行研究。土工离心模型试验是通过在模型中模拟和原型相同的应力水平来研究原型性状的,在一定程度上相当于土工结构的原位观测。该领域的研究目前已在世界上引起了广泛的关注和重视,许多国家用离心模型试验来研究复杂的岩土工程问题。随着我国岩土工程问题研究的不断拓展,新情况和新问题不断出现,使得采用室内试验和数值分析方法已不足以解决所有问题,这就使离心模型试验成为岩土工程试验领域的一种重要方法。因此,土工离心模拟试验技术的研究及应用课题具有重大的理论和实际价值。本文通过借助同济大学20gt土工离心机,对下列问题进行了研究:(1)通过模拟原状湿陷性黄土和重塑湿陷性黄土的试坑浸水试验,对各自湿陷量变化与时间的关系进行了分析。(2)通过桩与桩周土的相对位移变化,来反推测桩体负摩阻力和中性点的位置变化;(3)对高速铁路荷载下湿陷性黄土地基的沉降变形观测,对地基不同部位,及不同深度的沉降随时间的变化做出分析;(4)对湿陷性黄土层下不同的持力层情况下,对桩间距的变化、桩长的变化、桩帽的设置对路基沉降的影响,尤其是对路基工后沉降的影响做出分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 高速铁路路基的技术特点
• 1.1.2 我国高速铁路路基面临的主要问题
• 1.2 桩承式路堤研究与应用现状
• 1.2.1 桩承式路堤研究现状
• 1.2.2 桩承式路堤应用现状
• 1.3 本文的研究内容和技术路线
• 2 湿陷性黄土的物理力学性质与工程处置方法
• 2.1 引言
• 2.2 湿陷性黄土的物理力学性质
• 2.2.1 湿陷性黄土的物理性质
• 2.2.2 湿陷性黄土的力学性质
• 2.2.3 影响黄土湿陷性的因素
• 2.2.4 湿陷性黄土地基的变形特征与特征指标
• 2.2 湿陷性黄土地基的处理方法
• 2.2.1 湿陷性黄土地基一般处理措施
• 2.2.2 高速铁路荷载作用下湿陷性黄土地基处理措施
• 2.3 本章小结
• 3 桩承式路堤结构形式与工后沉降计算方法及标准
• 3.1 引言
• 3.2 桩承式路堤的结构形式及各组成部分的相互作用
• 3.2.1 桩承式路堤的设计思想
• 3.2.2 桩承式路堤的结构形式
• 3.2.3 桩承式路堤各组成部分的相互作用
• 3.3 工后沉降计算方法
• 3.3.1 高速铁路路基工后沉降的组成
• 3.3.2 工后沉降过程分析
• 3.3.3 工后总沉降量的构成与计算方法
• 3.4 刚性桩复合地基沉降计算理论
• 3.4.1 最终应力法
• 3.4.2 阶段应力法
• 3.5 高速铁路路基工后沉降控制标准
• 3.5.1 有砟轨道路基工后沉降控制标准
• 3.5.2 无砟轨道路基工后沉降控制标准
• 3.6 本章小结
• 4 土工离心模型试验相似原理与试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 土工离心模型试验技术的发展
• 4.3 土工离心模型试验原理
• 4.3.1 相似的概念与相似三定理
• 4.3.2 离心模型试验的基本原理
• 4.3.3 离心模型试验特点
• 4.3.4 离心模型的相似条件
• 4.4 离心力场的特征
• 4.5 离心模型试验的误差分析
• 4.5.1 离心机启动与制动误差
• 4.5.2 边界效应问题
• 4.5.3 粒径效应与几何尺寸效应问题
• 4.5.4 土样的制备技术
• 4.5.5 测试技术
• 4.6 土工离心模型试验研究
• 4.6.1 土工离心机的主要技术指标
• 4.6.2 模型设计
• 4.6.3 试验设计方案与模型制作
• 4.7 本章小结
• 5 桩承式路堤土工离心模型试验结果分析与沉降规律探讨
• 5.1 湿陷量与时间的关系
• 5.1.1 重塑湿陷性黄土湿陷量变化与时间的关系
• 5.1.2 原状湿陷性黄土湿陷量变化与时间的关系
• 5.1.3 原状湿陷性黄土与重塑湿陷性黄土湿陷量变化与时间的关系比较
• 5.2 通过桩─土相对位移的变化分析桩体负摩阻力的位置变化
• 5.3 高速铁路荷载下湿陷性黄土地基沉降变化规律
• 5.3.1 湿陷性黄土地基表层随时间变化规律
• 5.3.2 路基中心线下湿陷性黄土地基随时间变化规律
• 5.4 碎石稳定持力层16m桩长桩承式路堤沉降规律
• 5.4.1 湿陷性黄土地基桩承式路堤沉降规律
• 5.4.2 桩板式路堤控制湿陷性黄土地基沉降变化规律
• 5.4.3 桩承式路堤与桩板式路堤控制湿陷性黄土地基沉降性能比较
• 5.5 非湿陷黄土持力层桩承式路堤沉降规律
• 5.5.1 沉降与时间的关系
• 5.5.2 桩间距的变化对沉降的影响
• 5.5.3 桩长的变化对沉降的影响
• 5.5.4 桩帽的设置对沉降的影响
• 5.6 沉降规律与数值分析的比较
• 5.6.1 桩间距的变化对沉降的影响
• 5.6.2 桩长的变化对沉降的影响
• 5.7 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果