兰新铁路路基冻害的影响因素和整治措施研究

论文摘要

在冻土地区中,冻害一直是铁路路基中存在的主要问题,也是影响冻土地区铁路各项技术指标及行驶稳定性的控制因素。尤其是季节性冻土地区路基,会随着季节的变化而反复出现冻胀融沉现象,极易产生不均匀冻胀,从而导致路基高低不平,严重影响着行车安全。本论文介绍了冻土的冻胀特征,着重论述了土体的冻胀机理,即水分迁移是发生冻胀的最主要原因。并介绍了评价冻胀的主要特征指标,其中冻胀率是最主要的指标,同时,采用冻胀率来进行划分的,主要依据我国铁路规范中关于土体冻胀等级的分类。本文主要是以兰新既有铁路路基冻害为背景,结合兰新铁路的地理位置、气候状况、历史冻害和冻害成因等实际情况,首先分析了土质、水、温度等主要因素对冻胀的影响规律；其次,对冻胀明显的兰新线K411～K413区段内的路基土取样,进行了大量的室内土工试验。本文主要是在前人工作的基础上对兰新铁路道床的道砟状况进行试验分析来确定道床的冻害对铁路冻害的影响大小,试验有道床含泥量的多少和道床冻胀量的大小。本文从影响兰新铁路的主要因素出发,依据冻害整治的基本原则和目前国内采用过的冻害治理成功经验,对兰新线路基冻害采用了两种整治措施,主要是土工膜封闭措施和疏干排水孔群治理措施。道床冻害是兰新铁路冻害的主要来源,主要是由于道砟中含泥量超标,含水率过大。本文结合兰新铁路的实际运营状况,提出整治道床冻害应主要放在清筛道床和做好隔排水。道床试验为兰新铁路冻害整治提供了依据,整治方法为减缓铁路冻胀有了了极大的效果,这些成果都为兰新线列车提速和铁路运营安全提供了保障。

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摘要

Abstract

1 绪论

1.1 兰新铁路概况及冻害对列车运营的影响

1.2 研究目的和意义

1.2.1 研究目的

1.2.2 研究意义

1.3 课题研究现状

1.3.1 道床冻害研究现状

1.3.2 路基土体的冻胀研究成果

1.4 主要研究内容

2 兰新铁路路基冻害现象调查与成因分析

2.1 兰新铁路的自然状况

2.2 兰新铁路的冻害成因

2.2.1 冻害形成条件

2.2.2 冻害成因分析

2.2.3 线路冻害分类

2.3 土体的冻结特征

2.4 影响土体冻胀的因素

2.5 土体冻胀的主要特征指标

2.6 土体冻胀过程中的水分迁移现象

2.6.1 水分迁移驱动力

2.6.2 冻土中的水分重分布和迁移机理

2.6.3 兰新铁路路基水分迁移规律

2.7 兰新铁路路基的冻胀及冻胀病害

2.8 本章小结

3 兰新线路基土的物理力学性质

3.1 兰新铁路道床冻胀

3.1.1 兰新铁路道床冻害特征

3.2 道床含泥量室内试验分析

3.2.1 取样分析

3.2.2 试验仪器

3.2.3 冻胀试验恒温试验箱

3.2.4 兰新线道砟含泥量试验结果

3.3 道床冻胀试验结果分析

3.3.1 室内试验方案

3.3.2 封闭系统下的试验结果及分析

3.4 道床冻胀小结

4 路基基床冻害整治工程措施研究

4.1 兰新线路基冻害整治原则

4.2 路基冻害的防治措施

4.2.1 道床冻害

4.2.2 基床表层冻害

4.3 兰新铁路路基冻害整治工程措施选择

4.3.1 土质

4.3.2 温度

4.3.3 水分

4.4 兰新铁路路基冻害的整治及方法

4.4.1 土工膜封闭

4.4.2 道床清筛与土工膜封闭

4.5 疏干排水孔群冻害整治机理

4.5.1 软式透水管材料组成及技术指标

4.5.2 疏干排水孔群设计参数

4.5.3 疏干排水孔群的作用机理

4.5.4 小结

5 兰新铁路路基整治冻害效果评价

5.1 土工膜封闭整治措施

5.1.1 试验工程概况

5.1.2 测试方案

5.1.3 土工膜封闭线路和路基冻胀规律-融沉规律

5.1.4 土工膜封闭与道床清筛效果分析与评价

5.1.5 小结

5.2 疏干排水孔整治措施

5.2.1 试验工程概况

5.2.2 工程措施

5.2.3 测试方案

5.2.4 兰新铁路路基冻胀、融沉过程

5.2.5 疏干排水孔群整治路基冻胀效果分析

5.2.6 试验段路基水分场分析

5.2.7 试验段路基温度场分析

5.2.8 试验段路基物探结果分析

5.2.9 小结

5.3 路基温度和水分的耦合数值模拟

5.3.1 温度场和水分场耦合方程

5.3.2 温度场和水分场耦合模型

5.3.3 模型的温度边界条件

5.3.4 模型的解

5.3.5 兰新铁路路基浅层冻害治理分析

5.3.6 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

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