[發(fā)明專利]測定靜載下鐵路路基土體變形狀態(tài)荷載閾值的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410836977.7
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104535420A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅強(qiáng);熊勇;張良;蔣良濰;劉鋼;朱江江;孟偉超;侯振斌;鄒亮明;葉慶志
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 成都博通專利事務(wù)所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測定鐵路地基土體變形狀態(tài)荷載閾值的方法，屬于土工試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鐵路路基的工后沉降會嚴(yán)重影響軌道結(jié)構(gòu)的幾何平順性，進(jìn)而影響行車平穩(wěn)性及安全性。鐵路路基沉降的主要原因?yàn)榈鼗苈返痰壬喜拷Y(jié)構(gòu)自重的長期作用而產(chǎn)生變形。對于有砟軌道鐵路，在長期的運(yùn)營過程中，可通過起撥道、墊砟、振搗等工務(wù)維修方式來保持軌道結(jié)構(gòu)的平順性，因此，允許地基有一定的變形產(chǎn)生。但為了保證鐵路的高效運(yùn)行及線路的有效利用，要求有砟軌道鐵路地基處于緩慢穩(wěn)定的變形狀態(tài)；對于無砟軌道高速鐵路，我國現(xiàn)行規(guī)范要求路基及過渡段的工后沉降不大于5～15mm，并且快速收斂，也就是要求無砟軌道高速鐵路路基處于快速穩(wěn)定的變形狀態(tài)。因此，如何測定靜載下緩慢穩(wěn)定與緩慢破壞的變形狀態(tài)間的荷載閾值、快速穩(wěn)定與緩慢穩(wěn)定的變形狀態(tài)間的荷載閾值，是修建鐵路尤其是無砟軌道高速鐵路的關(guān)鍵技術(shù)之一。

路基工后沉降的發(fā)展過程具有復(fù)雜非線性特性，以目前人們對土體本構(gòu)模型的認(rèn)識水平以及模型參數(shù)存在極大變異性的客觀現(xiàn)實(shí)，通過計(jì)算得出地基快速穩(wěn)定、緩慢穩(wěn)定和緩慢破壞三種變形狀態(tài)的兩個荷載閾值，既困難也不可靠。現(xiàn)有技術(shù)，多采用小尺寸試樣長期蠕變土工試驗(yàn)，得到數(shù)月甚至數(shù)年時間內(nèi)土體在不同荷載作用下的變形規(guī)律。通過觀察變形曲線主觀推測最終變形是否收斂，來獲得土體穩(wěn)定與破壞的荷載閾值。存在以下不足：1)受蠕變土工試驗(yàn)試樣尺寸偏小和傳感測試精度的限制，難以獲得10^-6～10^-4微小應(yīng)變條件下的力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)；2)確定土體緩慢穩(wěn)定與緩慢破壞兩種變形狀態(tài)的荷載閾值缺乏明確定量的判別標(biāo)準(zhǔn)，存在較大的隨意性和主觀性，所得閾值波動范圍過大；3)蠕變試驗(yàn)過程需要的時間過長，無法在大規(guī)模工程建設(shè)中普及應(yīng)用。因而，提供一種明確的試驗(yàn)方法快速測定靜載下地基土體變形狀態(tài)荷載閾值，對鐵路工程建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提供一種測定靜載下鐵路地基土體變形狀態(tài)荷載閾值的試驗(yàn)方法。該方法所需試驗(yàn)時間較短，測出的荷載閾值更可靠、準(zhǔn)確，能為鐵路工程建設(shè)與狀態(tài)評價提供更可靠的試驗(yàn)依據(jù)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：一種測定靜載下鐵路地基土體變形狀態(tài)荷載閾值的方法，其操作步驟為：

A、試驗(yàn)準(zhǔn)備

A1、模型箱構(gòu)筑：在剛性基礎(chǔ)上構(gòu)建剛性模型邊壁，構(gòu)成長、寬、高分別為150cm、150cm、90cm的模型箱；

A2、模型填筑：將試驗(yàn)用的鐵路路基土樣在模型箱內(nèi)按預(yù)定壓實(shí)度分層填筑形成填土模型，每層填筑的厚度為20～25cm，填土模型的總高度為90cm；

A3、加載板安放：在填土模型上表面中心位置安放直徑為30cm的圓形剛性加載板；

A4、位移傳感器布設(shè)：在圓形剛性加載板上表面邊緣均勻布設(shè)三個位移傳感器，位移傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接；

A5、試驗(yàn)?zāi)Ｐ头忾]保濕：將模型箱置于封閉空間內(nèi)，并通過加濕設(shè)備使封閉空間內(nèi)的相對空氣濕度保持為90％～95％；

B、試驗(yàn)加載及數(shù)據(jù)采集

B1、確定分級施加靜載值：用地基系數(shù)測定方法測出填土模型的地基系數(shù)K₃₀(MPa/m)，進(jìn)而得出填土模型的極限承載力σ_f(kPa)，σ_f＝2(2.4K₃₀+15)；再得出分級靜力加載的荷載p_i，p_i＝λ_iσ_f，其中：i為加載的級數(shù)序號，i＝1,2,3,4,5,6；λ_i為第i級加載的比例系數(shù)，其取值依次為：0.05,0.2,0.4,0.6,0.7,0.8；

B2、分級施加靜載：先進(jìn)行一次預(yù)加載，預(yù)加載的荷載等于B1確定的第1級加載的荷載p₁，保持時間5min，卸除荷載p₁后靜置5min；隨后進(jìn)行第1至第6級的分級靜力加載：第i級加載的荷載等于B1確定的荷載p_i，每級加載的時間為24h，兩級加載之間的間歇時間1h；

在進(jìn)行每級加載及兩級加載之間的間歇期，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步實(shí)時采集三個位移傳感器測得的圓形剛性加載板的豎向位移值；

C、荷載閾值確定