收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高速铁路非饱和土固结压缩特性及地基加固技术研究

吴丽君  
【摘要】:饱和土理论作为土力学的基石,理论体系已经日趋成熟,并且在工程实际中得到广泛应用。与饱和土相比,非饱和土在自然界中的分布范围更广,在工程实际中的应用也更多,其工程特性更为复杂,但理论体系尚不十分完善,工程应用有很大的局限性。尤其是受到试验条件的限制,我国对非饱和土的研究还处于起步阶段。非饱和土研究包括固结理论和强度理论两个重要组成部分。在岩土工程中,这两个部分分别对应岩土体的变形和稳定。现代高速铁路的设计和施工,以沉降变形控制为先导,同时满足系统的强度和稳定性要求。为保证线路的安全性和平顺度,既有规范已经对高速铁路工后沉降作出了明确而严格的规定。因此,对于不同种类的非饱和土,根据自身特点建立合理的固结理论和适用可靠的计算方法显得非常重要。 从非饱和土的分类出发,考虑非饱和土四相组成及各项组分的特点及其与饱和土的差异,在非饱和土中除作用在土骨架上的净应力以外,还有作用在收缩膜上的孔隙气和孔隙水所形成的基质吸力。饱和度的高低决定了土中孔隙水和孔隙气的分布形态及流体的运动规律,进而影响到基质吸力的大小。宏观上,非饱和土的饱和度(基质吸力)直接或间接决定了其固结压缩特性和渗透性,易造成地基沉降不均匀、工后沉降过大、工期规划不合理及地基处理成本增加等弊端。本文基于既有的非饱和土理论,针对胶济客运专线沿线广泛分布的深厚非饱和土(粉质粘土和粉上)开展大量的试验和计算,阐明了与水土特性相关联的非饱和土固结压缩特性,在此基础上结合饱和土理论研究非饱和土渗透系数和相关固结参数。笔者通过对比离心机模型试验和长期沉降观测成果,分析深厚非饱和土地基沉降变形特性和应力传递机理,进而提出适用于非饱和土(粉质粘土和粉土)的沉降计算理论。本文的研究工作主要包括以下几个方面的内容: (1)概括已有的非饱和土研究成果,提出适用于高速铁路深厚非饱和土地基沉降计算和分析的新思路和新方法。 (2)通过固结试验和控制基质吸力的固结试验,对华北和胶州地区的非饱和粉土、粉质粘土进行重新分类,重点对非饱和土的水土特征和变形特性进行研究。对比饱和土的相关特性,结合水土特征曲线和体积变化规律预测非饱和土的渗透系数和固结系数等影响地基沉降与时间关系的重要参数变化。考虑到空气的扩散性和不易量测的缺点,本文提出简化的非饱和土固结方程,对非饱和土地基沉降曲线进行修正使其与工程实际更加吻合。在此基础上,利用有限元程序分析不同工法下的非饱和土地基沉降变形和应力分布,以优化高速铁路非饱和土路基填筑工艺和工期规划。 (3)离心机模型试验采用分层填筑和一次性填筑两种方式对未加固地基、强夯加固地基和水泥搅拌桩加固地基四组模型的沉降变形规律和荷载传递机理进行研究。研究结果表明,以上四组模型填筑期和放置期内地基完成沉降量占总沉降的70%以上,路基填筑完成之后放置1.5年,地基沉降完全稳定。分层填筑的地基沉降明显小于一次性填筑的地基沉降,控制路基填筑速率,优化路基填筑工艺可降低高速铁路路基地基沉降变形。离心机模型试验分别测试路基基底中心和路肩处基底应力,双层地基的基底应力分布和附加应力衰减与未加固地基类似。实测基底中心应力介于比例荷载和均布荷载之间,基底应力分布和附加应力衰减与路基宽高比有关。结合弹性路堤法、离心机模型试验和Plaxis有限元计算结果,本文提出改进的附加应力和基底应力计算方法。运用改进方法计算地基沉降可解决布氏理论计算值远远大于实测值的问题,从而缩短工期,降低地基处理成本。 (4)根据胶济客运专线的地基土性质和工程实际需要,采用平板荷载试验、旁压试验、静力触探试验和标准贯入试验量测非饱和土地基各项岩土参数。结合现场长期沉降观测成果,对比现场原位测试与室内试验所获得的岩土参数,分析各种原位测试方法的适用范围和适用条件。为了尽可能减小试验过程中地基变形所引起的土层结构性变化和吸力波动,笔者提出适用于胶济线非饱和粉土、粉质粘土地基的原位测试方法及合理的岩土设计参数。试验结果表明,胶济客运专线浅层松软土地基的静力触探试验结果与实测沉降值吻合。由于标准贯入试验成本低廉,操作方便,试验数据相关性较好,能全面、真实的反映非饱和土地基岩土性状。本文通过分析典型工点的标准贯入试验数据,提出胶东半岛及华北部分区域非饱和粉土、粉质粘土的压缩模量与标贯捶击数的经验修正公式,不仅为标准贯入试验在非饱和土地基原位测试中的应用提供了广阔的前景,也为进一步完善高速铁路非饱和土地基原位测试技术提供了科学依据和理论基础。 (5)现场长期观测通过监测非饱和土地基竖向沉降、水平位移、深层沉降以及孔隙水压力变化分析其沉降变形特性,确定地基压缩层厚度,检验地基加固效果,验证非饱和土地基沉降计算理论和工后沉降预测方法的正确性。观测结果表明,填筑期内地基沉降可完成总沉降的80%-95.8%。天然地基距地表以下6m范围内沉降量大,约占总沉降的55%以上。非饱和土地基经换填、强夯和水泥搅拌桩处理后,地基沉降量和侧向位移明显减小,系统整体约束性和抗变形能力增加,路基沉降均匀,稳定性良好。与传统的布氏理论相比,天然地基和双层地基采用改进后的基底应力和附加应力计算地基沉降,与现场实测值更加接近。 (6)综合以上试验及计算分析成果,对换填、强夯和水泥搅拌桩加固后的地基加固效果进行检验。现场观测和有限元程序计算表明,换填和强夯加固非饱和粉上、粉质粘土地基的承载力提高,压缩模量增大,地基沉降减小,但沉降稳定时间有所增加,工后沉降量反而增大。相反,水泥搅拌桩加固非饱和土地基,沉降速度快,工后沉降小,有利于非饱和土地基沉降变形控制,适合非饱和土地基加固。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈正汉,谢定义,王永胜;非饱和土的水气运动规律及其工程性质研究[J];岩土工程学报;1993年03期
2 刘奉银,谢定义,俞茂宏;一种新型非饱和土γ射线土工三轴仪[J];岩土工程学报;2003年05期
3 徐永福,兰守奇,孙德安,夏小和,杨洪杰,肖朝昀,王建华;一种能测量应力状态对非饱和土渗透系数影响的新型试验装置[J];岩石力学与工程学报;2005年01期
4 肖元清,胡波,王钊;基质吸力对非饱和土抗剪强度影响的试验研究[J];三峡大学学报(自然科学版);2005年04期
5 李兆平,张弥,赵慧丽;含水量的变化对非饱和土强度影响的试验研究[J];西部探矿工程;2001年04期
6 陈孙文;王炳晖;;饱和土与非饱和土固结理论及有效应力原理浅谈[J];中国水运(学术版);2007年10期
7 张齐申;;非饱和土的强度理论分析[J];科协论坛(下半月);2009年01期
8 刘坤;王鑫;;非饱和土三轴仪的实验操作及应用[J];西部探矿工程;2009年04期
9 李安洪;庞应刚;姚裕春;蒋关鲁;;胶济客专非饱和土路基沉降观测及分析[J];高速铁路技术;2010年01期
10 陈正汉,王永胜,谢定义;非饱和土的有效应力探讨[J];岩土工程学报;1994年03期
11 徐永福;非饱和土本构模型研究综述[J];水利水电科技进展;1996年05期
12 龚壁卫,刘艳华,詹良通;非饱和土力学理论的研究意义及其工程应用[J];人民长江;1999年07期
13 张振营;关于“膨胀力在非饱和土强度理论中的应用”一文的探讨[J];岩土工程学报;1999年02期
14 刘海宁,姜彤,刘汉东;非饱和土渗透函数方程的间接确定[J];岩土力学;2004年11期
15 张鹏程;汤连生;;关于“非饱和土的基质吸力和张力吸力”的讨论[J];岩土工程学报;2007年07期
16 郑俊;张玉灯;;考虑降雨入渗的非饱和边坡稳定分析[J];灾害与防治工程;2008年01期
17 王宇;吴刚;;一种基于物理化学基础分析的土水特征曲线模型[J];岩土工程学报;2008年09期
18 魏海港;季李通;;浅层地带中上覆应力对土的SWCC影响研究[J];山西建筑;2009年08期
19 郭爱斌;万智;;考虑降雨入渗的非饱和边坡稳定分析[J];公路工程;2010年03期
20 刘艳;赵成刚;蔡国庆;黄璐;;考虑气相硬化影响的非饱和土本构模型[J];科学通报;2010年26期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘海宁;王俊梅;王思敬;刘汉东;胡波;;黄河下游堤防非饱和土边坡渗流分析[A];中国科学院地质与地球物理研究所2006年论文摘要集[C];2007年
2 严耿升;张虎元;刘平;刘吉胜;李敏;;壁画地仗非饱和渗透性研究[A];岩石力学与工程的创新和实践:第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
3 陈正汉;;非饱和土的理论与实践[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
4 叶为民;王琼;陈宝;黄雨;;上海软土的非饱和特征研究进展[A];第八届全国工程地质大会论文集[C];2008年
5 刘海宁;刘汉东;王思敬;;黄河下游堤防非饱和土边坡稳定性分析[A];第一届全国水工岩石力学学术会议论文集[C];2005年
6 涂平晖;赵慧丽;张弥;;饱和度的变化对非饱和土抗剪强度参数影响的试验研究[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2001年
7 陈仲颐;;非饱和土力学的基本原理与实际应用[A];海峡两岸土力学及基础工程地工技术学术研讨会论文集[C];1994年
8 詹良通;吴宏伟;;新双室非饱和土体积变化测量系统[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(上册)[C];2003年
9 杨代泉;沈珠江;;考虑汽、水、气、热运动与土骨架变形耦合作用的非饱和土广义固结理论[A];首届全国岩土工程博士学术讨论会论文集[C];1990年
10 余文龙;;关于“非饱和土抗剪强度及土压力统一解”的讨论[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘艳;非饱和土的广义有效应力原理及其本构模型研究[D];北京交通大学;2010年
2 吴丽君;高速铁路非饱和土固结压缩特性及地基加固技术研究[D];西南交通大学;2011年
3 徐明江;非饱和土地基与基础的动力响应研究[D];华南理工大学;2010年
4 李幻;考虑任意干湿循环变化历史的非饱和土本构理论[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
5 陈辉;非饱和土水力特性测试理论与方法研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
6 蔡国庆;基于多孔介质理论的土体多场耦合模型及其在非饱和土本构建模中的应用[D];北京交通大学;2012年
7 苏万鑫;非饱和土一维固结理论的解析与数值研究[D];浙江大学;2009年
8 陈炜昀;非饱和弹性多孔介质中体波与表面波的传播特性研究[D];浙江大学;2013年
9 胡冉;非饱和土水力全耦合模型与数值模拟方法研究[D];武汉大学;2013年
10 章敏;非饱和土中桩的动力响应与循环荷载试验研究[D];中南大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐昀;非饱和土深基坑围护结构体系方案优化研究[D];北京交通大学;2010年
2 贺再球;非饱和土气态水迁移规律及其与液态水混合迁移的耦合计算[D];西安建筑科技大学;2004年
3 肖元清;非饱和土的抗剪强度和基质吸力的现场监测[D];武汉大学;2005年
4 陈勇;清江古树包非饱和滑带土基本特性试验研究及有限元模型建立[D];三峡大学;2005年
5 胡波;非饱和土土—水特征曲线的研究[D];武汉大学;2005年
6 王荣山;北京城铁东直门车站深基坑开挖和支护技术研究[D];天津大学;2005年
7 王福恒;降雨条件下山区公路边坡稳定性分析及评价[D];长安大学;2004年
8 孙健;非饱和土土水特性曲线及导水系数测量方法研究[D];大连理工大学;2001年
9 马国涛;数值模拟在渗流及油气藏勘探中的应用[D];大连理工大学;2003年
10 朱晓源;考虑非饱和土体的土石坝渗流与坝坡稳定分析研究[D];浙江大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张晓冬 阳雄 郑明朗;陈正汉:厚木板钻二十年[N];科技日报;2003年
2 张艳江 罗文可;始于垒土攀险峰[N];中国水利报;2002年
3 长沙理工大学;工程中的“癌症”被攻克[N];中国交通报;2007年
4 本报特约通讯员李荣惠;让更多科技成果走进西部[N];科技日报;2003年
5 长沙理工大学;攻克工程中的“癌症”[N];科技日报;2007年
6 冷元宝 乔惠忠;构筑水利工程坚固永续的盾牌[N];黄河报;2010年
7 葛运溥;膨胀土地区施工技术取得突破[N];中国交通报;2007年
8 ;二手房风险防御有术[N];山西日报;2004年
9 课题承担单位:敦煌研究院;土遗址保护关键技术研究[N];中国文物报;2009年
10 兰雁 陈永;黄河下游堤防淤筑关键技术获突破[N];黄河报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978