路橋過渡段路基基床表層土靜動力特性分析

祝朝旺 劉升傳 吳立堅

鐵路路堤是軌道的基礎,其質量的好壞直接影響鐵路運輸的安全和效能。重載鐵路要求路基強度高、剛度大、穩定性和耐久性好,并能抵抗各種自然因素的影響。路基土在行車荷載特別是重載作用下,其強度和變形特性都要受到很大影響,對粉砂土而言則易產生液化,造成路基不均勻沉降,給列車運行帶來極大危害。粉砂是具有特殊工程性質的土類,其特性與砂和黏土有相似之處,但又有明顯差異。因此,不能簡單地套用針對純凈砂土或是黏土得到的試驗參數。本文主要對朔黃鐵路過渡段路基進行其路基質量檢測方面的研究,通過室內試驗和現場試驗詳細分析了該段路基基床表層土的靜動力特性(見圖1)。測試范圍為朔黃鐵路第170號橋(K361+904)兩端路橋過渡段。上行線(重車方向)軌道為無縫線路,鋼軌為70 kg/m軌,Ⅱ型軌枕,軌枕間距1 840根/km,道床厚度0.5 m～0.6 m不等。路橋過渡段范圍內(臺后30 m)路基下沉,道床厚度明顯增加,線路縱向平順度并不理想。下行線(輕車方向)為60 kg/m軌,普通線路,Ⅱ型軌枕,軌枕間距1 840根/km,道床厚度0.5 m～0.6 m不等。

1 土的靜力特性分析

現場過渡段不同位置土的顆粒級配曲線如圖2所示,其計算結果如表1所示(表中,Cu為不均勻系數;Cq為曲率系數;d10,d30,d60分別為粒徑分布曲線的縱坐標上累計百分含量等于10%,30%,60%時對應的粒徑)。分析認為土樣屬于級配較差的土樣,在重載作用下液化可能性大。

表1 顆分參數計算結果

現場砂黏土的無側限抗壓強度試驗結果如表2所示,單軸抗壓強度 σc=0.545 MPa,彈性模量 E=34.846 MPa,說明該砂黏土的單軸抗壓強度σc較高。

由砂黏土三軸剪切試驗結果看(見表3),其粘聚力 Ccu=0.11 MPa,內摩擦角 φcu=25°,有效粘聚力 C′=0.14 MPa,有效內摩擦角φ′=24°,可看出該砂黏土有一定的粘聚力,表現出黏土的性質,且該砂黏土在三向受壓條件下,當壓力小于抗壓強度時,變形很小,基本滿足彈性變形規律,當應力達到抗壓強度后,則產生塑性流動,盡管會產生很大的塑性變形,但承載力并不顯著降低。

表2 砂黏土無側限抗壓強度試驗數據表

表3 砂黏土三軸剪切試驗數據表 MPa

2 土的動力特性分析

目前,砂土或黏土的原位結構性及其對靜、動力強度以及變形的影響進行了一些試驗研究[1,7],但對粉砂土和砂黏土的研究還較少,因此本文對這兩種土進行了詳細的試驗,分析其變形及動力特性,有實際意義。常規三軸試驗曲線見圖3,由同一壓實度下不同圍壓下的應力—應變曲線分析可知,該段路基土的應力應變特性如下:1)應力應變曲線存在非常清楚明顯的線性段,主要原因是在這種土層中普遍存在一種彈塑性結構連接強度,這種連接強度對土體的變形影響很大,在被克服之前,主要控制土體的變形,當這種連接強度被克服后,土體表現為彈塑性變形。2)同一壓實度下,隨著圍壓的增加,應變速率和峰值偏應力均增加。

從圖4中同一含水量、相同圍壓,不同壓實度下的(σ1～σ3)—ε關系曲線看出,隨主應力差(σ1～σ3)增加,軸向應變ε一直增大,首先表現為線性增加,然后曲線增加,表現為應變硬化。

3 結語

本文詳細分析了朔黃鐵路第170號路橋過渡段兩側東西上下行路基表層土的各項性質,通過室內和現場試驗結果表明,該段路基表層土存在液化可能性,且該段粉砂土和砂黏土的性質與砂和黏土有相似之處,又有很大不同。三軸試驗結果表明土體表現為彈塑性變形,應力—應變曲線表現為應變硬化。

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