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《西华大学》 2020年
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约束桩在南昆铁路南百段膨胀土路基病害整治中的应用研究

何奇  
【摘要】:膨胀土分布在我国众多省市,研究发现膨胀土的主要成分为蒙脱石、伊利石及高岭石等亲水性矿物,这些亲水性矿物的存在使得膨胀土表现出强烈的水敏性。若外界水源提供大量水分,膨胀土极易吸水表现出体积膨胀、土体软化、强度衰减等性质。当铁路路基中含有大量膨胀土时,膨胀土特殊的工程性质将导致铁路路基产生多种病害,这将对列车运行造成极大的安全隐患,我国每年都要花费大量资源来进行膨胀土路基病害整治工程。本文从南昆铁路南百段产生的膨胀土路基病害入手,分析了路基填土的工程性质及路基病害成因。利用有限元软件Abaqus分析约束桩对膨胀土路基在经过膨胀软化后变形的约束效果,探讨约束桩四个参数对整治效果的影响,确定工程中约束桩的最优参数选取。选取南昆线K149+852.55~K150+008.55作为试验段进行路基病害整治,在施工过程中安置一系列传感器,分析约束桩受力规律并对路基病害整治效果进行评估。主要研究内容和成果如下:(1)分析南昆铁路南百段路基填土的工程特性,通过室内试验测定南昆线南百段路基膨胀土的基本物理参数,包括颗粒密度、级配曲线、液限及塑限、最大干密度及最优含水率;进行一维压缩试验、直剪试验和三轴试验测定该土样的力学参数,最后通过自由膨胀率试验及膨胀力试验分析该土样的膨胀特性,确定该膨胀土具有中等膨胀潜势。(2)对南昆铁路南百段进行现场调查,确定南百段产生的路基病害主要是道砟囊、基床挤出、路基不均匀沉降及边坡坍塌滑坡,导致路基病害产生的内因是膨胀土的性质,而水和列车荷载是外部因素。(3)利用有限元软件Abaqus建立模型,分析约束桩在膨胀土路基吸湿膨胀软化过程中的整治效果,并探讨约束桩桩位、桩长、桩间距及桩截面尺寸对整治效果的影响,针对该工程确定约束桩最优方案。(4)结合有限元分析结果,确实试验段膨胀土路基病害整治具体措施及施工过程。并安置传感器,对约束桩受力及路基沉降变形进行长期监测。约束桩受力监测数据表明约束桩一直处于弹性变形范围内,且仍具有较高的安全储备。路基沉降监测显示未施工断面的最终沉降量为试验段的7倍,表明此次针对南昆铁路南百段某试验段进行的膨胀土路基病害整治工程是有效的,可为其他地区类似工程提供部分借鉴。
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