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由于高速铁路的高标准要求,路基的微膨胀变形也对线路的平顺性造成了极大的危害,一些开通的高铁线路也出现了不少上拱病害问题,给运营维护带来了很大困难,因此,在高速铁路建设工程中微膨胀性问题也应当得到充分重视。对于微膨胀性变形控制不只是控制标准的问题,为保证工程建设的经济性和科学性,需要对微膨胀变形问题的发生、发展过程及规律开展系统的研究。高速铁路路基工程中严禁使用膨胀性填料,然而在一些地区的非膨胀混合料中不可避免含有一定比例的膨胀性物质,其实际的膨胀变形表现不一,对工程建设造成了极大的困扰,需要掌握其膨胀变形规律并对其危害进行系统的分析评价。本文在调研沪昆、京沈、兰新和大西等高铁路基上拱病害的基础上,通过室内试验和PFC颗粒流数值模拟,分析了含膨胀组分混合填料的宏、细观膨胀变形特性;揭示了微膨胀混合填料膨胀机理;建立了含膨胀组分混合填料的膨胀作用机制模型;提出了微膨胀混合填料膨胀性的试验和评价方法。主要研究的内容及成果如下:(1)通过室内试验,分析获得了混合填料中膨胀组分的物理、化学及膨胀特性;自制了大直径多环膨胀仪,试验分析了混合填料的微膨胀影响因素及膨胀规律,其中膨胀组分含量、初始含水率、荷载及孔隙率对混合填料的微膨胀变形影响较大。(2)通过PFC3D颗粒流数值模拟软件建立了膨胀组分不同含量、粗颗形状均匀性和不同孔隙率下膨胀组分混合填料的细观模型,获得了混合填料中颗粒的运动特征、接触力链、孔隙变化和能量演化规律,含膨胀组分的混合填料膨胀过程是膨胀组分吸水体积膨胀填充骨架孔隙和抬升骨架形成宏观膨胀的过程。(3)基于膨胀组分膨胀体积转化为填充孔隙体积及骨架抬升宏观膨胀体积的作用机理,建立了含膨胀组分混合填料的膨胀作用机制模型。通过能量最低原理建立了膨胀组分膨胀填充孔隙和抬升骨架的分配方程及含膨胀组分混合填料膨胀率的计算公式。(4)研制了混合填料骨架等效孔径孔板试验仪,模拟测试了膨胀组分膨胀填充孔隙的过程与穿过孔隙的耗能。提出了微膨胀混合填料的膨胀性试验评价方法,即以膨胀组分膨胀性、膨胀填充耗能、非膨胀骨架孔隙状态试验为基础的混合填料膨胀性的综合分析方法。