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随着川藏铁路的修建,川西地区Q2、Q3全强风化卵石土遇水软化、力学性质下降的特性已引起许多工程人员的关注,成为亟待解决的问题。全强风化卵石土作为一类特殊的粗粒土,它既具有粗粒土的一般特性,但土体遇水后又呈现一定的软化效应,其强度和抗变形能力大幅下降,该类卵石土边坡极易出现边坡失稳的工程问题。
论文以川藏铁路成都至蒲江段铁路工程为依托,对Q2、Q3全强风化卵石土进行系统性研究。通过室内试验确定全强风化卵石土的物理力学性质,采用大型直剪试验、三轴压缩试验及数值模拟研究川藏铁路全强风化卵石土的遇水软化效应及其对铁路边坡的稳定性的影响,阐明全强风化卵石土遇水软化后力学性质变化,探究不同因素对边坡稳定性的影响,为工程建设提供依据;结合工程实际,对比不同防护体系对典型边坡断面的稳定性影响,提出合适的边坡防护体系。论文主要工作及成果如下:
(1)通过大量土工试验对全强风化卵石土的矿物成分组成、含水率、密度、颗粒级配、液塑限、击实特性等进行了测试,获得了全强风化卵石土的基本物理特性。
(2)对不同含水率的全强风化卵石细颗粒土进行三轴试验,探究不同含水率、不同围压对全强风化卵石土细颗粒土强度影响规律,分析了含水率对抗剪强度参数c、φ的影响差异以及软化效应,然后根据不同影响因素与应力应变的关系,研究含水率、围压对全强风化卵石土的力学性质的影响及风化卵石土细粒遇水软化特性。
(3)在等压实度的条件下,含水率对全强风化卵石细粒土土体强度的软化主要表现为对强度指标黏聚力(c)的软化,随着含水率的增加,其软化效应倍增,粘聚力(c)下降明显,而另一强度指标内摩擦角(φ)受含水率变化的影响不大。
(4)结合三轴试验所得的结果分析,通过比较各种数学模型适用度,选取了应变软化数学模型,将试验结果和模型拟合得到的结果进行对比,发现数学模型与试验结果基本吻合,表明全强风化卵石土细颗粒土具有软化特性。
(5)通过大型直剪试验发现,随着含水率的增大,土样的最大剪应力呈现先增大后减小的趋势,在最优含水率处剪应力达到最大。在含水率相同条件下,土样的剪切模量随着垂直压力的增大而增大;在同一垂直压力下,剪切模量随着含水率的增加先增大后减小,在最优含水率处达到最大。
(6)利用离散元软件PFC2D分析了边坡稳定性,研究了坡率、含水率和高度等因素对边坡稳定性的影响,找出了影响边坡稳定性的最敏感因素。采用有限元计算软件FLAC3D构建全强风化卵石土的典型边坡断面模型,计算不同防护措施下的边坡稳定性,结合工程实际,选择主动式网锚喷生态防护技术作为加固边坡的防护体系。
论文以川藏铁路成都至蒲江段铁路工程为依托,对Q2、Q3全强风化卵石土进行系统性研究。通过室内试验确定全强风化卵石土的物理力学性质,采用大型直剪试验、三轴压缩试验及数值模拟研究川藏铁路全强风化卵石土的遇水软化效应及其对铁路边坡的稳定性的影响,阐明全强风化卵石土遇水软化后力学性质变化,探究不同因素对边坡稳定性的影响,为工程建设提供依据;结合工程实际,对比不同防护体系对典型边坡断面的稳定性影响,提出合适的边坡防护体系。论文主要工作及成果如下:
(1)通过大量土工试验对全强风化卵石土的矿物成分组成、含水率、密度、颗粒级配、液塑限、击实特性等进行了测试,获得了全强风化卵石土的基本物理特性。
(2)对不同含水率的全强风化卵石细颗粒土进行三轴试验,探究不同含水率、不同围压对全强风化卵石土细颗粒土强度影响规律,分析了含水率对抗剪强度参数c、φ的影响差异以及软化效应,然后根据不同影响因素与应力应变的关系,研究含水率、围压对全强风化卵石土的力学性质的影响及风化卵石土细粒遇水软化特性。
(3)在等压实度的条件下,含水率对全强风化卵石细粒土土体强度的软化主要表现为对强度指标黏聚力(c)的软化,随着含水率的增加,其软化效应倍增,粘聚力(c)下降明显,而另一强度指标内摩擦角(φ)受含水率变化的影响不大。
(4)结合三轴试验所得的结果分析,通过比较各种数学模型适用度,选取了应变软化数学模型,将试验结果和模型拟合得到的结果进行对比,发现数学模型与试验结果基本吻合,表明全强风化卵石土细颗粒土具有软化特性。
(5)通过大型直剪试验发现,随着含水率的增大,土样的最大剪应力呈现先增大后减小的趋势,在最优含水率处剪应力达到最大。在含水率相同条件下,土样的剪切模量随着垂直压力的增大而增大;在同一垂直压力下,剪切模量随着含水率的增加先增大后减小,在最优含水率处达到最大。
(6)利用离散元软件PFC2D分析了边坡稳定性,研究了坡率、含水率和高度等因素对边坡稳定性的影响,找出了影响边坡稳定性的最敏感因素。采用有限元计算软件FLAC3D构建全强风化卵石土的典型边坡断面模型,计算不同防护措施下的边坡稳定性,结合工程实际,选择主动式网锚喷生态防护技术作为加固边坡的防护体系。