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原文传递铁路路基火山渣掺配土质砾砂混合土渗透稳定研究

论文题名：	铁路路基火山渣掺配土质砾砂混合土渗透稳定研究
关键词：	铁路路基;粗粒土填料;火山渣;渗透稳定性
摘要：	目前关于铁路路基粗粒土填料，主要集中于填料的压实特性，抗剪强度特性，动、静应力变形强度特性等方面的研究，而对于粗粒土填料本身渗透方面的研究较少，相应规范也没有对粗粒土填料的渗透稳定提出明确的设计要求。然而在水的渗流作用下，粗粒土填料颗粒会受到水的渗透力作用。当水头达到一定大小时，填料可能会在渗流作用下发生渗透破坏，进而改变填料内部的土体结构，影响填料的物理力学性质。因此，粗粒土填料本身的渗透稳定问题应该得到广泛重视，成为评价粗粒土填料力学性质的一个重要因素。　　论文基于火山渣掺配土质砾砂混合土填料（以下简称火山渣混合土填料）的渗透变形试验，围绕火山渣这类粗粒土填料在渗透稳定方面的性质开展了研究。基于不同体积掺配比的火山渣混合土填料在不同干密度条件下的渗透变形试验，分析了该类填料随着体积掺配比和密实程度的变化，其渗透破坏类型和临界水力坡降的变化规律;基于毛细管中层流理论的Poiseuille定律和Kozeny-Carman水力半径理论，针对骨架粒径不均匀的情况，建立了粗粒土骨架孔隙模型，提出了判别粗粒土渗透破坏类型方法;基于现场和室内渗水试验，测定了火山渣混合土填料填筑的基床表层的渗透系数，分析了雨水下渗时基床表层对应的水力坡降。具体的内容包括：　　(1)火山渣混合土填料渗透变形试验研究　　对体积掺配比2∶1和3∶1的火山渣混合土填料在不同干密度条件下开展了渗透变形试验。试验表明:对同一体积掺配比的火山渣混合土填料而言，填料的渗透系数随干密度的增大而减小;随着干密度的增大，填料的渗透破坏类型逐渐由管涌型转变为流土型，发生管涌时的临界水力坡降受干密度的影响较小，而流土破坏的临界水力坡降随干密度增大急剧增加;由于体积掺配比2∶1和3∶1的火山渣混合土填料的细料含量分别为40％和35％，细料上的差别使体积掺配比2∶1的火山渣混合土填料的渗透稳定性高于相同干密度条件下体积掺配比3∶1的火山渣混合土填料。通过试验结果可以认为干密度的增大会填料内部颗粒之间的约束程度增加，影响火山渣混合土填料的内部土体结构，由骨架孔隙结构向骨架密实结构转变。　　(2)火山渣混合土填料渗透破坏类型判定方法研究　　基于毛细管中层流理论的Poiseuille定律和Kozeny-Carman水力半径理论，通过假定粗粒土中骨架孔隙通道为一束束相互平行毛细管道，建立了依据骨架孔隙模型判别粗粒土渗透破坏类型的判别方法。通过定义土体骨架孔道允许通过的可移动颗粒的最大粒径，即流失粒径d,认为当d＞d,时为管涌破坏，d≤d,为流土破坏。采用骨架孔隙模型对体积掺配比2∶1和3∶1的火山渣混合土填料在不同密实程度下的渗透破坏类型进行分析，并对比了Kondratchev法和刘杰的孔隙平均直径法，认为基于Poiseuille层流定律和Kozeny-Carman水力半径理论的骨架孔隙模型能很好的判别火山渣混合土填料的渗透破坏类型。　　(3)基床表层火山渣混合土填料渗水试验　　基于现场单环法渗水试验，测定了碾压试验段基床表层火山渣混合土填料的渗透系数，评定了基床表层火山渣混合土填料的渗透性等级。基于单环法渗水试验中水力坡降的计算原理，分析了雨水下渗时基床表层所对应的水力坡降，采用室内渗水试验测定了雨水下渗时基床表层的水力坡降。结果表明:雨水下渗时基床表层对应的水力坡降ir=1。对现场碾压试验段在一个雨季后基床表层的管涌型冲蚀现象开展了调查，调查发现:基床表层未见细颗粒被带出形成的冲蚀孔洞现象，表明由火山渣混合土填料填筑的基床表层在雨水下渗作用下渗透稳定性能良好。
作者：	刘孟适
专业：	道路与铁道工程
导师：	罗强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文