铁路外文翻译---使用循环渗透测试评估铁路路基的刚度

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A.2 译文
使用循环渗透测试评估铁路路基的刚度
西日本旅客铁道
摘要
铁路路基的刚度是保持良好轨道质量的一个重要因素。

这次研究的目的是找出一种快速精确测量铁路路基刚度的方法。

回顾路基上的应力体系和现有的测量方法，本文描述了一种基于评估路基土刚度的加州承载比测试实验模具的新型的循环渗透测试。

测试重现了同级路基土的应力条件。

结果表明永久变形和ＣＢＲ测试有紧密的联系。

基于这种循环渗透测试的结果，塑料变形时可以预测的，并且路基沉降的预测和实测之间有某种关系。

2002艾斯维尔科学有限公司保留所有权利.
引言
铁路路基必须有适当的弹性变形和一定的拥有变形来够抵抗瞬间变形，这就要求路基有足够高的剪切强度。

因此，一种评估铁路路基的实验方法，就要求能够测量弹性刚度和抵抗永久变形。

试验反过来模拟火车荷载条件，好比正确的加载脉冲，正确的荷载幅度，同样的加载区域和同样的土压力体系，这是很恰当的。

因此，为了正常的测量路基强度而评估荷载条件和应力特征是很有必要的。

各种各样的估计地基应力的理论和经验公式都是可用的，并且地基应力的实地观察也已经被其他研究所完成。

这些被在第二节审查。

1. 路基应力特征
路基上来自列车的压力是轴重和道砟深度的函数。

但是，列车轴重可能是路基影响最大的荷载。

在英国铁道公司标准线上最大轴重被定义为22.5吨。

不同周中的路基应力分布如图1所示，它源于一个简单的弹性理论。

在英国这种关系已经被用来确定道砟深度。

Yoo和Selig，用两个131吨重的四轴道砟铺设车测量动态应力的野外观察值。

典型的结果如图表2。

基于理论计算和现场实测，可以得出直到100Kpa的最大地基应力出现在死机表层。

路基上荷载的频率取决于列车的速度和旅客车厢的长度如下：
F=V/(3.6L)
其中F是路基位移的第一主频率，单位是Hz；V是列车速度，单位是Km/h；如插图3，L是旅客车厢的长度，单位是m。

从图标中可以看出，当列车速度在100-160Km/h并且一节车厢的长度是20m时，频率在1-2Hz之间。

2. 现有的测量方法
各种各样的方法被应用在英国和海外的传统基础设计阶段。

如表1.从荷载机制的角度来看，虽然地基受动荷载支配，但静荷载仍被应用于加利福尼亚轴承比测试和板荷载测试以及压缩测试中。

CBR测试是一个既能在实验室又能在现场都能实现的简单测试，被广泛应用于公路工程。

然而，反复荷载的三轴试验试用于循环荷载，并有能得出弹性模量和剪切强度的优势。

然而，这个试验要在实验室中进行并且很耗时。

每种方法都有自己的判断路基强度的标准，这被看作极限值（测量属性），如图表1.为了相互比较这些表格，所有的极限值都被当作模量形式。

CBR测试的结果用方程转化为模量：E=17.6CBR0.64 .板荷载测试结果用如下关系转化：E=πq|B(1-υ2)/(4s)，其中，E---早期模量，q---加在板上的压力，B---圆板的直径，υ---泊松比，S---板的处理。

通过比较这些模量，可以看出地基的临界模量在15-50MN/m2，是很大的一个范围。

除了这些传统的方法以外，一些新的方法正在研究，其中之一就是FWD。

它由机械地提高和下降到钢板上的一套橡胶的重量组成。

通过多达7个径向间距速度传感器来监测和测量力和地表移动。

从这些结果中可以计算出基础层的弹性模量。

这种方法相对于其他方法来说的优势是，它能用于快速评估铁路路基而不需要镇流器开挖，并且它有像评估路面条件时一样的记录。

对这个试验，路基刚度在通过修改ＣＢＲ试验，和这些铁路路基相同的应力水平条件下被测定出来。

由于被广泛的应用以及容易使用，CBR测试通过了。

3. 循环渗透测试
为了以合理的精度和速度评估铁路路基，设计了一个考虑了荷载频率和路基的应力水平的试验方案。

该方案是依据各地的CBR试验和使用了许多和CBR试验相同仪器的循环渗透试验设计的。

循环渗透测试允许弹性性质和土壤永久变形的测量。

下面描述一个过程。

土壤样品在掺入所需水分之后首先充分混合，然后密封，在放入CBR测试模具之前至少存放24小时。

英国标准1377：第4部分描述了一个2.5公斤土压实的方法，被用于把密实的粘土送入模具。

通过把土壤样本夯实至厚度下降300毫米来把把样本压实成5个平等层。

压实后，土壤在模具中放置24小时以平衡水分含量。

压实后，在土壤表面放置7个金属片作为附加荷载，每个重2千克。

这样，产生大约10千帕的压力。

其中附加荷载是依据镇流器和深度的测量，如表3所示。

如前面所一道的加载在活塞上的正弦荷载由频率为1Hz的三种不同幅度的荷载组成：0.1Kn（50KPa）、0.2Kn（100KPa）、0.3Kn（150KPa），因为路基上的主频率被认为是1-2Hz。

依据路基的理论成果和实地考察，荷载的幅度包含实际路基应力。

循环荷载应用20分钟，因为大部分变形发生在前5分钟里，并且20分钟后在活塞处发生的改变很小。

一套计算机数据采集系统被用于记录每5秒一个的一系列循环数据。

插图4为构成控制和数据采集的电子装置。

插图5显示模型的详细构造。

4. 循环渗透测试的结果
最大活塞载荷0.22KN的伦敦粘土的循环渗透测试中随时间变化的渗透结果和CBR测试结果如图6所示。

每一个点的变形时一个循环中的平均渗透值。

结果表明，CBR值越高，柱塞的渗透越小。

如果CBR值小于4%，渗透变形会有显著地上升。

然而，当CBR值高于4%时，土壤的渗透变形将不会增长，这被认为是区分软土和硬土的强度界限。

这个值被称为极限值。

此值由Esveld认证。

它比英国所用的数值高。

在循环渗透测试中发现，渗透率随时间降低。

换句话说，最初几个荷载产生的渗透变形占总变形的大部分。

牛津粘土和建筑用砂也做过循环渗透测试。

砂子和伦敦粘土的渗透结构是不同的，表现在极限值的不同，如图7.从中发现，例如，如果伦敦砂子的最终渗透值为0.25毫米，那么伦敦砂子的CBR值就是4%。

在同样的渗透率（0.25毫米），伦敦砂子和建筑用砂的CBR值分别为5%（类似于伦敦粘土）和20%。

因此，粘土的极限值大约是4%。

5. 含水量的影响
含水量和活塞的最终渗透之间的关系如图8所示。

为了比较牛津粘土、伦敦砂子、和建筑用砂这三种土，含水量和渗透值被规范化的计算按下式;
规范化含水量=含水量/最佳含水量；
规范化渗透值=渗透值/最佳含水量下的渗透值。

可以发现，根据土壤类型，规范化的含水量从1.1-1.4增长的过程中，渗透值由突然地增长。

规范化的含水量被称为迹象含水量。

土壤颗粒越细，含水量就越高。

结果表明，当路基含水量超过其极限含水量时，很容易产生路基问题。

据报道，当土壤含水量接近极限值时，土壤的塑性变形就特别容易发生。

因此，可以认为土壤的规范含水量达到1.4就几乎饱和了。

因此，路基排水对保持路基有足够刚度具有重要作用。

把塑性指数和临界含水量联系起来是很有用的。

塑性指数和临街含水量之间有很好的联系，如图9所示。

规范化的临界含水量定义为极限含水量与最佳含水量的比值。

最佳含水量由一个符合BS1377的用2.5千克落锤的标准压实方法测得。

可以看出，塑性指数高和极限含水量是有联系的。

可以看出，高的塑性指数和含水量极限值是有紧密关心的。

这意味着含水量极限值可以通过测量土壤塑形指数和指定活塞压力值来测定。

如果路基土壤的含水量比从塑性指数得到的含水量极限预测值高，路基就很有可能有很大的沉降。

由于只有牛津粘土和伦敦粘土进行了检测，所以这种关系是暂定的。

因此其他类型土壤的塑性指数和含水量极限值的深入研究是很有必要的。

6. 循环渗透测试的预测模型
使用分析模型预测的累积塑性变形对试验数据的分析是有帮助的。

CBR活塞压力和荷载重复的次数对累积塑形变形有着显著影响。

模型中需包含这些参数。

各种各样的模型被用于土壤塑形变形的预测，然而，主要用动力模型
ρCPT=AN b(2)
其中，ρCPT----累积的塑性变形；
A----材料参数；
N----荷载重复次数；
b----材料参数；
材料参数A可以解释为首次加载（N=1）时的塑性变形。

它受土壤类型、物理状态和应力状态。

材料参数b表示循环荷载下塑性变形的累积率。

这个参数越大，塑性变形累积率越高。