路桥过渡段路基基床表层土静动力特性分析

祝朝旺 刘升传 吴立坚

铁路路堤是轨道的基础,其质量的好坏直接影响铁路运输的安全和效能。重载铁路要求路基强度高、刚度大、稳定性和耐久性好,并能抵抗各种自然因素的影响。路基土在行车荷载特别是重载作用下,其强度和变形特性都要受到很大影响,对粉砂土而言则易产生液化,造成路基不均匀沉降,给列车运行带来极大危害。粉砂是具有特殊工程性质的土类,其特性与砂和黏土有相似之处,但又有明显差异。因此,不能简单地套用针对纯净砂土或是黏土得到的试验参数。本文主要对朔黄铁路过渡段路基进行其路基质量检测方面的研究,通过室内试验和现场试验详细分析了该段路基基床表层土的静动力特性(见图1)。测试范围为朔黄铁路第170号桥(K361+904)两端路桥过渡段。上行线(重车方向)轨道为无缝线路,钢轨为70 kg/m轨,Ⅱ型轨枕,轨枕间距1 840根/km,道床厚度0.5 m～0.6 m不等。路桥过渡段范围内(台后30 m)路基下沉,道床厚度明显增加,线路纵向平顺度并不理想。下行线(轻车方向)为60 kg/m轨,普通线路,Ⅱ型轨枕,轨枕间距1 840根/km,道床厚度0.5 m～0.6 m不等。

1 土的静力特性分析

现场过渡段不同位置土的颗粒级配曲线如图2所示,其计算结果如表1所示(表中,Cu为不均匀系数;Cq为曲率系数;d10,d30,d60分别为粒径分布曲线的纵坐标上累计百分含量等于10%,30%,60%时对应的粒径)。分析认为土样属于级配较差的土样,在重载作用下液化可能性大。

表1 颗分参数计算结果

现场砂黏土的无侧限抗压强度试验结果如表2所示,单轴抗压强度 σc=0.545 MPa,弹性模量 E=34.846 MPa,说明该砂黏土的单轴抗压强度σc较高。

由砂黏土三轴剪切试验结果看(见表3),其粘聚力 Ccu=0.11 MPa,内摩擦角 φcu=25°,有效粘聚力 C′=0.14 MPa,有效内摩擦角φ′=24°,可看出该砂黏土有一定的粘聚力,表现出黏土的性质,且该砂黏土在三向受压条件下,当压力小于抗压强度时,变形很小,基本满足弹性变形规律,当应力达到抗压强度后,则产生塑性流动,尽管会产生很大的塑性变形,但承载力并不显著降低。

表2 砂黏土无侧限抗压强度试验数据表

表3 砂黏土三轴剪切试验数据表 MPa

2 土的动力特性分析

目前,砂土或黏土的原位结构性及其对静、动力强度以及变形的影响进行了一些试验研究[1,7],但对粉砂土和砂黏土的研究还较少,因此本文对这两种土进行了详细的试验,分析其变形及动力特性,有实际意义。常规三轴试验曲线见图3,由同一压实度下不同围压下的应力—应变曲线分析可知,该段路基土的应力应变特性如下:1)应力应变曲线存在非常清楚明显的线性段,主要原因是在这种土层中普遍存在一种弹塑性结构连接强度,这种连接强度对土体的变形影响很大,在被克服之前,主要控制土体的变形,当这种连接强度被克服后,土体表现为弹塑性变形。2)同一压实度下,随着围压的增加,应变速率和峰值偏应力均增加。

从图4中同一含水量、相同围压,不同压实度下的(σ1～σ3)—ε关系曲线看出,随主应力差(σ1～σ3)增加,轴向应变ε一直增大,首先表现为线性增加,然后曲线增加,表现为应变硬化。

3 结语

本文详细分析了朔黄铁路第170号路桥过渡段两侧东西上下行路基表层土的各项性质,通过室内和现场试验结果表明,该段路基表层土存在液化可能性,且该段粉砂土和砂黏土的性质与砂和黏土有相似之处,又有很大不同。三轴试验结果表明土体表现为弹塑性变形,应力—应变曲线表现为应变硬化。

[1]王明洋,赵跃堂,钱七虎.饱和砂土动力特性及数值方法研究[J].岩土工程学报,2002,24(6):11.

[2]阮永芬,巫志辉.饱和粉土的若干动力特性研究[J].岩土工程学报,1995,17(4):100-106.

[3]黄 博,陈云敏,殷建华,等.粉土的动力特性及液化势研究[J].工程勘察,2001(2):7-17.

[4]王翠莲,史三元.取样扰动对饱和粉土动力特性的影响[J].河北建筑科技学院学报,2003,17(4):53-55.

[5]鲍陈阳,余湘娟,高志兵.云南粉土的动力特性试验研究[J].防灾减灾工程学报,2006,26(3):8.

[6]刘小生,赵 冬,汪闻韶.原状结构性对饱和砂土动力变形特性影响试验研究[J].水利学报,1993(2):32-42.

[7]张诚厚,袁文明,戴济群.软黏土的结构性及其对路基沉降的影响[J].岩土工程学报,1995,17(5):25-32.