高速铁路黄土路基沉降分析及控制毕业设计(编辑修改稿)

高速铁路黄土路基沉降分析及控制毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

............................................ 40 路基沉降的监测内容及要求 .............................................................................. 40 沉降观测基本要求 ....................................................................................... 41 路基沉降监测的技术要求 ........................................................................... 42 合理选择 观测设备。 .......................................................................................... 43 观测元件埋设说明 .............................................................................................. 43 沉降观测操作要求 .............................................................................................. 44 沉降观测时间、频率 .......................................................................................... 44 沉降观测资料的应用 .......................................................................................... 45 第 5章 结论与展望 ........................................................................................................... 47 结论 ...................................................................................................................... 47 展望 ...................................................................................................................... 47 参考文献 ............................................................................................................................. 48 致谢 ..................................................................................................................................... 49 博文学院 毕业论文 1 第 1 章 绪论 选题背景及意义 我国幅员辽阔，铁路经过的地区比较复杂，路基作为铁路的重要组成部分，是承受轨道结构重量和列车荷载及各种附加力的基础， 路基 本体 必须有足够的强度和一定范围内的变形，所以作为承载高速铁路的基础 — 路基的设计 得到越来越广泛的重视，把路基作为土 工结构物来设计的理念在路基设计中逐步得到体 现 ,在一般情况 下，路基 给工程带来的主要难题是沉降变形及其各种处理措施条件下的固结问题，所以路基沉降变形问题是高速铁路设计中所要考虑的主 要 控 制 因素。 为了确保列车安全、平稳运行，路基必须具有强度高，刚度大、稳定性、耐久性好，不易变形等优良特性。 随着我国既有线大面积提速改造及快速铁路、高速铁路的修建， 如何解决 路基沉降这个 屡屡出现的问题就被提上日程。 我国铁 路路基现状 长期以来，我国新建铁路没有把 路基当成土工结构来对待，而普遍冠名为土石方。 在“重桥隧，轻路基，重土石方数量，轻质量”的倾向下，路基翻浆冒泥、下沉、边坡坍滑、滑坡等病害经常发生，使新建铁路交付运营多年 仍不能达到设计速度与质量，经济效益与社会效益较差。 运营铁路路基技术状态不佳，强度低，稳定性差，严重威胁铁路运输和安全，已成为铁路运输的主要薄弱环节。 如今，全国铁路网已相继完成四次提速， 开 发 了一批最高运行速度为 140～ 160KM/h的“快速列车”。 运营时速为 200KM的秦沈客运专线的建成通车，使我国铁路 路基设计施工水平有了较大幅度的提高，极大地促进了路基工程的进步。 黄土 通常将具有以下特性的土称为黄土；颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色；颗粒组成以粉粒 (～ )为主，含量一般在 60%以上； 有肉眼可见的大孔隙、较大孔隙，一般在 ；富含碳酸盐；垂直 节理发育。 公路工程中，根据黄土博文学院 毕业论文 2 沉积年代不同，可将黄土分为新黄土 (如马兰黄土 Q Q4)、老黄土 (离石黄土 Q1 Q22)、红色黄土 (午城黄土 Q1)三类；根据黄土的湿陷性又分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。 黄土的颗粒 组成会及结构 黄土的颗粒组成以粉粒为主，其含量可 达 50%以上，其中粗粉粒 (～ )含量大于细粉粒 (～ mm)含量。 黄土中的粘粒、细粉粒和腐殖质胶体，大部分被胶结成集粒或浮在砂粒及粗粉粒的表面，或聚集在大颗粒间的接触点处。 黄土中的粉粒和集粒共同构成了支承结构的骨架，较大的砂粒 “浸”在结构体中 由于其排列比较疏松，接触连接点少，构成了一定数量的架空孔 在结构体中， 而在接触连接处没有或只有少量的胶结物质。 常见的胶结物质有聚集在连接点处的粘粒，易溶盐及沉积在该处的 CaCO MgCO3等。 研究表明 ，黄土的粉粒含量越大，其孔隙比越大，干密度越小，其湿陷性越明显。 粘粒的存在对湿陷性有抑制作用，当粘粒含量大于 30％ 时 ，湿陷性几乎减弱到不复存在，当然这与粘粒的结构、性质及分布有关。 在颗粒大小中，小于 陷 性的影响更加明 显。 黄土的多孔性 黄土中的孔隙，呈垂直或倾斜的管状，以垂直为主，上、 下贯通，其内壁附有白色的胶结物，一般为 CaCO3,这种胶结对黄土起着加固 作用。 一般将黄土的孔隙分为以下三类：①大孔隙，直径约 ～ ，肉眼就可辩识；②细孔隙，是架空结构中大颗粒的粒间 孔隙，肉眼看不见，可在放大镜下观察到：③毛细孔隙 ，由大颗粒与附在其表面上的小颗粒所形成的粒间孔隙，肉眼更看 不见。 由这三种孔隙形成了黄土的高孔隙性，故又将黄土称为“大孔隙土 ”。 黄土孔隙率一般在 35％ ～ 60％ 之间，有沿着深度逐渐减小的 趋势；在地理位置上，自东向西，自南向北，黄土孔隙率有增大的规律。 一般认为黄土的孔隙是引起黄土湿陷的主要原因，但有资料表明压实黄土仍存在大孔隙，也具有湿陷性 ，表明这不是黄土湿陷的根本原因，但它为黄土湿陷提供了足够的空间 【 1】。 黄土的湿陷性与变形特 性 湿陷 性是指土 在自重或附加应力与自重共同作用下受水浸湿后产生急剧而大量的下沉。 浸水湿陷只在士体自重作用下产生的黄土称为自重湿陷性黄土 ， 而浸 水湿陷在土体自重与附加应力共同下产生的黄土称为非自重湿陷性黄土。 根 据自重湿陷量与总湿陷量可对湿陷性场地进行湿陷等级与湿陷类型划分。 非自重湿陷性场地的湿陷起博文学院 毕业论文 3 始压力一般大于土的饱和自重压力，湿陷敏感性较弱，湿陷性事故较少，自重湿陷性场地的湿陷起始压力小于其上覆土的饱和自重压力，湿陷敏感性较强，湿陷性事故多。 黄土与其它粘土的区别在于黄土对含水量的变化极为敏感，含水量的高低严重影响 土的湿陷性和承载力的高低，含水量低时，土的湿陷性强烈，但承载力却很高，随着含水量的增 加，土的湿陷性逐渐减弱，承载力随之急剧下降，而压缩性却得以提高。 根据大量土样的试验资料统计结果表明，黄土的湿陷性与饱和度成直线反比关系，见表 ll， 即饱和度愈低，土的湿陷性愈强，土的湿陷性随着饱和度的增大而降低。 表 11 饱和度 Sr与湿陷系数 6s的关系 饱和度 Sr (％ ) 湿陷系数 s 范围 湿陷系数 s 中值 ＜ 30 ～ 30～ 40 ～ 40～ 50 ～ 50～ 60 ＜ ～ 60～ 70 0～ ＞ 70 0～ s ＞ % 黄土的压缩性反映黄土地基在外荷载作用下产生压缩变形的大小，主要取 决于土的密实程度和含水量，三者的关系见表 l2。 表 12 黄土变形模量与含水量和孔隙比的关系 土类 含水量（ %） 孔隙率（ %） 变形模量 （ Mpa） 黄土 10～ 17 47～ 48 ～ 6～ 8 46～ 48 ～ 8～ 14 47～ 49 ～ 黄土状粉质粘土 12～ 18 43～ 45 ～ 22～ 25 45～ 48 ～ 25～ 30 40～ 45 ～ 黄土的结构性问题 结构性应该是描述土物理本质中比粒度、密度、湿度 重要的一个侧面。 它 的 重要性早为太沙基所指出，也早为一系列学者所重视。 如果说结构性对任何土 都是 重 要的，那么，对黄土就更是不可 避 免 的，具有更大的意义。 研究黄土的结构 性 及其在力和水作用下的变化规律对整个土力学研究的对象都会有很大的辐射 作 用。 博文学院 毕业论文 4 目前，将黄土受力、水作用后结构由损伤到破坏作定量描述的固体力学方 法 ， 因其可以回避在寻求独立表示土结构性参数上的困难，使结构性 关系 的 建立出现了新的跳 跃。 但它仍然遇到了建立不同湿密状念土在受到外力作用 过程中损伤变量正确表述的困难．显然，如果能够找到一 个能合理反映土的结构性及其随水与力的作用而变化的土结构性参数，无疑会使问题的解决更加直观、更加灵活，会使土力学的参数体 系更加完善．文献中关于综合结构势这一新指标的提出及对其合理性、灵敏性、稳定性与普遍性的检验的相关研究表明： (1)黄土的结构可视为一个由单粒、集粒或凝块等骨架单元共同形成的空间结构体系．它的单元形态 (单粒的矿物碎屑与集粒或凝块 )确定了力的传递性能和土的变形性质，它的连接方式 (点接触、面接触 )确定了土的结构强度，它的排列方式 (大孔隙、架空孔隙、粒间孔隙 )确定了土的稳定性．单粒点接触、架空孔隙占优势的结构，湿陷性大；集粒或凝块，面接触、粒间孔隙占优势的结构，湿陷性小． (2)黄土结构性的研究，应 既注意揭示土颗粒排列的几何特征 (以孔隙分布特征最为敏感 )，又注意揭示土颗粒联结 (物理的和化学的， 而以化学的为最敏感 )的力学特征，同时将结构与组成 相结合，探讨黄土的非均质性，各向异性． (3)从黄土力学的观点来看，结构性研究的根本目的在于揭示结构性对土力学行为的影响及内在联系，因此，将土的微观结构与宏观力学行为相结合是一条正确的研究途径． (4)黄土的结构性问题在其结构联结没有遭到破坏以前表现为它维持结构可稳性的能力，它和颗粒联结的特性与稳定性有关；在结构联结遭到破坏以后 表现为结构可变性的能力，它和颗粒的排 列 特性与均匀性有关． 第 2章 路基沉降 的原因及影响 路基沉降 路基裸露在自然界中，整个路基经常受到自重、列车荷载和各种自然因素的作用。 由于水、温度和各种荷载的作用，路基的各部分将产生可恢复和不可恢复的变形，那些不能恢复的变形，将引起路基标高和 边坡坡度、形状的改变，甚至造成土体位移和路基横断面几何形状的改变，危及路基及其各组成部分的完整和稳定，形成路基的危害 路基沉降的原因 博文学院 毕业论文 5 路基填土压实度不足 由于压实度不足，往往导致填方路基的不均匀沉降变形，路基两侧出现纵向裂缝，路基土体压 实度不足的主要原因有以下几点 : (1)施工受实际条件的限制。 路基施工时，天气太干燥，局部路堤填料粘土土块粉碎不足致使路基压实度不均匀。 暗埋式构造物处因构造物长度限制使路基边缘不能超宽碾压，致使路基边缘压实度不够。 某些加减速车道与行车道没有同步施工，当拼接处理得不好时，其拼接处也会产生压实度不足的情况。 (2)考虑到施工安全和进度，使得压力或压力作用时间不足，路基压实不充分，致使路基压实度达不到规范要求。 (3)由于填方土体的最佳含水量控制不好，压实效果达不到规范要求。 (4)在填方路堤施工中，当路堤施工到一 定高度以后，路堤边缘。