简述中老铁路路基粗粒土填料累积变形试验

简述中老铁路路基粗粒土填料累积变形试验
发布时间：2021-12-16T09:01:24.472Z 来源：《时代建筑》2021年30期10月下作者：周政
[导读] 为了有效探究粗粒土路基基于长期循环载荷作用下的积累变形规律，实施相关的三轴试验，从不同动应力比、围压以及压实度等多方面入手，分析了其对于粗粒土累积变形产生的影响，经过相关探究表明，循环次数为1000次时累积应变大约是总累计应变的75%，累积应力伴随着动应力比的增大而增大，在动应力比相同的情况下，围压较大，累计应变越大，粗粒土累积应变随压实度的增加随之减少，这从一定程度上说明了提升压实度能够全面抑制累积应变发展。

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摘要：为了有效探究粗粒土路基基于长期循环载荷作用下的积累变形规律，实施相关的三轴试验，从不同动应力比、围压以及压实度等多方面入手，分析了其对于粗粒土累积变形产生的影响，经过相关探究表明，循环次数为1000次时累积应变大约是总累计应变的75%，累积应力伴随着动应力比的增大而增大，在动应力比相同的情况下，围压较大，累计应变越大，粗粒土累积应变随压实度的增加随之减少，这从一定程度上说明了提升压实度能够全面抑制累积应变发展。

结合试验结果提出了可以反映动应力比和围压以及压实度影响的粗粒土累积应变预测模型，和试验结果对比有着一定的一致性，研究结果可以为铁路路基变形预测提供良好的参考依据。

关键词：中老铁路；路基粗粒土填料；累积变形试验
基于我国铁路建设运行进程的加快，长期列车荷载作用下路基的累积变形问题得到了全面的重视，粗粒土因为具备优良的工程特性，经常被用来当成路基填料，以此承受上部结构传递的列车荷载，路基的累积变形和土体的应力状态以及性质等条件有着密切的联系性。

目前检测土体累积变形的方式包含了两种，分别是弹塑性本构模型和经验模型，前者构造模型虽然极为合理，可是计算流程特别的复杂化，相比较来看经验模型是基于试验数据，使用拟合方式从中获取累积变形和各项影响因素之间的函数关系，因为使用便利而得到了普遍应用。

相关人员通过试验掌握土体累积应变呈现渐进增长规律，使用半对数模型和试验结果拟合较好，不过通过试验发现半对数模型在载荷振动次数较多的试验中对结果的拟合偏差较大，因此还提出了指数模型，而且有的人员也通过该项试验提出了相似的累积应变预测模型，采取试验对指数模型的正确性加以验证，此种模型得到了良好的发展。

指数模型的优点具备参数少、计算过程简便等特征，可是本身也有着一些局限性存在，无法将土体特征体现出来。

有专门的人员改进了指数模型，综合性考虑了土体初始应力，将静强度概念落实到了制定预测模型阶段，将具体工程特征清楚的体现出来，不过也使计算参数增多。

通过对饱和软土实施动三轴试验阶段中看出，将等效循环动应力的影响考虑在内，结合试验成果创建了应变预测模型，试验条件涉及到了不同的动应力幅值、围压以及含水率，由试验结果提出了相关的累计应变预测模型，重点研究循环作用下的软土累积变形规律，即便是铁路路基形成的沉降处于规范允许范围中，也会产生轨道不平顺现象。

从中看出，粗粒土累计变形由多项因素决定，创建多项因素影响之下的粗粒土累计应变预测模型对实际工程路基动力变形控制起到了极高的效果。

1、试验方案的制定
高速铁路上的列车和普通列车相比较而言，优势更高一些，铁路列车的行驶速度较快，而但是在运行过程中，经常受不平稳地基以及轨道的影响，对高速行驶的列车产生强烈的振动情况，不利于保障列车中旅客的舒适性，严重的情况下还会出现列车脱轨情况，造成很大的事故。

从中可以看出，轨道稳定性对高速铁路工程产生的重要性，因此，在建设高速铁路工程的时候，对于轨道稳定性和平整性有着极高的要求。

与此同时，路基既是高速铁路修建过程中十分重要的一部分，还是列车荷载结构和轨道荷载的主要依据，其对于高速铁路工程运行稳定性起到了十分重要的作用。

要想得到粗粒填料基于长期循环荷载中的累积变形规律，可以实施饱和不排水试验作业，探究围压、动应力比、压实度以及载荷循环次数等对于粗粒土累积应变规律产生的一系列影响，结合试验结果提出了可以有效描述粗粒土累积应变发展的要点，以此为铁路路基沉降变形预测和控制提供良好的依据。

1.1试验设备
该项试验作业过程中以GDS三轴系统，该项系统的组成结构为驱动装置、压力室、围压控制器、反应控制器、信号调节装置以及轻型控制系统等。

1.2试验材料
该项试验开展期间使用的土样组成部分为土、砂以及碎石等多方面，该项土样的基本物理指标如下表所示。

从公路土工试验规程中的规范性要求来看，针对于100mm的试样，最大允许粒径是试样直径的五分之一，也就是说，本试验最大允许粒径为20mm，原土样不符合该项粒径的颗粒，使用规范推荐的等量替代法实施替换。

1.3试验方案
试验直径是100mm，高度是200mm，在最优含水率条件下制作形成。

因为具体的路基填料介于完全排水条件以及完全不排水条件之间，而不排水条件下路基受到破坏的概率特别高，从安全性方面入手，本次试验使用了不排水方式。

铁路路基表面的动荷载处于
13~100KPa范围中，使用循环动应力比表示动荷载的大小，在为了将压实度产生的影响体现出来，需要制定合理方案。

试验的制备在室温下进行，将土样风干过筛去掉粒径大于20mm的颗粒，按照试验所需的含水率配比，本次试验土样是基于最优含水率下制作形成，称取相应比例的土样和水分，有效搅拌均匀，放置24h即可，使用制样模具筒击实试样，为了将试验的击穿效果发挥到最大化，还需要把试验分成五层实施击实工作，每一层的高度为40mm即可。

每一层击穿以后对表面实施击实处理，对表面刮毛处理以后击实下一层，在控制每层质量制备的基础上试验所需压实度试样。

完成击实作业以后，试验先试用抽真空饱和，臭气2h以后注水并且静置24h，然后实施反压饱和，待孔压水压力系数超出以后即进行固结，固结完成后施加载荷，试用应力控制的加载方式，各项试样分级加载。

2、试验结果以及分析
2.1动应力比对于累积应变产生的一系列影响
为了研究动应力比对于试样轴向雷击应变产生的一系列影响，结合实际情况进行的分析，施加荷载的动应力比越大，土体总累积应变以及荷载加载初期的应变发展速率越大，在加载初期阶段中，累积应变快速发展，基于荷载振动次数N＝1000次的累积应变已经超出了最终应变的75%，伴随着动荷载的持续性增加，土体密实度增加，应变发展速率随之减少，各项荷载循环产生的累积应变越来越小，最后累积应变将上升到一个稳定值。

所以，动应力比的影响极为明显。

2.2围压对于累积应变产生的相关影响
整体上看出，振次下轴向累积应变快速发展，轴向累积随着围压的增大而增大，基于相同应力比条件下，围压对于土体的累积变形也有着直接影响。

3、结语：
从以上论述来看，面对于铁路路基填料中经常使用的粗粒土填料，使用三轴仪实施三轴线试验作业，相互比较和分析了不同动应力比、不同围压以及不同压实度对于粗粒土填料累积应变发展规律产生的影响，创建集动应力比、压实度控制的粗粒土填料累积应变预测模型，通过施加循环荷载以后，初期累积应变的发展速度特别快，在达到1000振次以后，累积应变大约是总累积应变的75%，后累积应变的发展速度也随之降低，最终累积应变处于稳定性。

文章中创建的应力比、围压以及压实度控制相互累积应变预测模型可以将粗粒土填料稳定型累积应变发展规律。

参考文献：
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