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原文传递钢渣改良黄土铁路路基填料强度特性及模型试验研究

论文题名：	钢渣改良黄土铁路路基填料强度特性及模型试验研究
关键词：	铁路路基;钢渣改良黄土;模型试验;数值模拟
摘要：	“碳中和、碳达峰”指导我国的经济战略向可持续发展转变，绿色环保的铁路工程可以改善我们的生活环境，如能将“固废”用于工程建设则可以有效降低工程造价。我国的钢产量已到达每年10亿吨量级，炼钢过程中所产生的钢渣属于固废的一种，若将钢渣用于铁路路基填料，则有利于环境保护和经济效益的提升。　　本文以西部特殊黄土为研究对象，掺入适量的钢渣，并加入一定量改善钢渣膨胀性的粉煤灰，通过室内原材料实验，在物理和化学改良分析的基础上，初步确定3种材料的配合比，对不同配比混合料进行击实、直接剪切、无侧限抗压强度、固结实验后，确定钢渣、黄土、粉煤灰的混合比例。以混合料作为铁路路基基床底层填筑室内路基模型，并测试其自然条件、降雨条件下的应力、应变规律。最后，利用Midas/GTS-NX软件，与室内路基模型实测结果对比验证参数的基础上，对钢渣和粉煤灰改良黄土客货共线铁路路基作静、动力分析，结果表明，钢渣、粉煤灰改良黄土用作客货共线铁路基床底层填料是可行的。本文主要内容和结论有：　　（1）由钢渣、粉煤灰、黄土的原材料实验可知，由于钢渣占比少，3者得到的混合料级配不良，但从化学成分中可看出，原材料间存在一定的化学反应。　　（2）从钢渣、粉煤灰对黄土化学改良分析，并结合钢渣主要成分类似于水泥的特性，通过钢渣掺量调整，使化学改良的主要物质Ca3SiO5和Ca2SiO4含量能达到改良效果，初步确定5种钢渣掺量，分别为6%、9%、12%、15%、18%，粉煤灰含量占钢渣含量的30%。　　（3）对不同掺量钢渣改良黄土混合料进行击实、直剪、无侧限、固结压缩试验。根据原材料实验结果，同时考虑钢渣膨胀性特征，以及工程经济性的基础上，选定配合比为钢渣∶粉煤灰∶黄土=15∶4.5∶80.5的混合料作为后续试验的铁路路基基床底层改良黄土填料。　　（4）依据规范中对路基土的拌和、填筑和压实要求，分层填筑钢渣改良黄土路基模型，模型试验边界采用厚1cm的泡沫模拟实际柔性边界，加载方式采用千斤顶分级加载。对不同工况下路基不同位置处竖向变形以及土压力的变化规律进行了研究分析，试验结果表明铁路路基基床底层由钢渣改良黄土填筑，其竖向位移满足《铁路路基设计规范》中沉降变形要求。　　（5）依据路基模型试验结果，验证并修正计算参数，建立有限元数值计算模型，对客货共线单线铁路路基静、动载模拟。静载模拟工况下结果为：路基变形随深度增加呈减小趋势，应力在土压力自重和静载作用下随深度增加呈先减小后增大的趋势；动载模拟工况下结果为：路基变形趋势以及动应力变化趋势沿深度方向快速衰减，且变形量符合规范要求。随钢渣改良黄土填筑厚度增加，基床表层表面动位移变化更加平稳，路基结构更稳定。
作者：	陈玉立
专业：	交通运输工程
导师：	李良英
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022