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原文传递德黑兰至伊斯法罕高速铁路粗颗粒盐渍土路基变形特性研究

论文题名：	德黑兰至伊斯法罕高速铁路粗颗粒盐渍土路基变形特性研究
关键词：	高速铁路;粗颗粒盐渍土路基;变形特性;地形地貌;模拟试验
摘要：	伊朗德黑兰至伊斯法罕高速铁路是我国“一带一路”倡议实施的项目之一。由于受沿线工程地质条件的制约，该高速铁路均采用当地的粗颗粒盐渍土作为路基填料，鉴于高速铁路对变形的控制极为严苛，如何评价其变形特性、明确其变形范围是粗颗粒盐渍土地区高速铁路建设面临的关键技术问题之一。　　本文依托德黑兰至伊斯法罕高速铁路建设项目，综合采用室内外试验、颗粒离散元数值模拟、理论分析等研究方法，对高速铁路粗颗粒盐渍土路基盐胀和溶陷的影响因素、变形特性及细观特征、盐冻胀机理、冻融循环作用下路基的变形特性进行了系统的研究，主要研究内容和结果如下：　　（1）综合分析伊朗的气象条件和高速铁路沿线的地形地貌、水文地质条件，明确了当地的环境温度变化、降雨量、铁路沿线盐渍土的分布、类型和含盐量等情况。通过一系列土体基本性质试验，获得了现场粗颗粒盐渍土路基填料的颗粒级配组成、含盐类型、盐分含量、最佳含水率和最大干密度。　　（2）通过室内盐胀试验，评价了粗颗粒盐渍土路基填料的盐胀性，分析了降温速率、温度、含盐量、含水率、压实度和上覆荷载对粗颗粒盐渍土盐胀特性的影响，采用T型关联度分析了各因素对盐胀率的影响程度，基于正交设计的多因素交互作用下的盐胀试验，建立了粗颗粒盐渍土的盐胀率与各因素的关系模型，提出了高速铁路盐渍土路基的容许盐胀率。　　（3）考虑土体孔径对盐晶形成与发展的影响及盐晶的均匀成核，基于土体中盐晶和冰晶均为球形的假设，确定了土孔隙中盐晶和冰晶的成核临界半径。修正了结晶盐与未相变水及温度的关系，采用与弹性多孔介质力学模型相似的方法，建立了低浓度、高浓度粗颗粒盐渍土盐冻胀计算模型。　　（4）基于路基现场溶陷试验，评价了粗颗粒盐渍土路基填料的溶陷特性，给出了粗颗粒盐渍土路基的溶陷影响深度，在此基础上，采用自主研发的试验装置，开展了含水率、含盐量、压实度影响下的粗颗粒盐渍土室内溶陷试验，提出了高速铁路盐渍土路基的容许溶陷率，给出了粗颗粒盐渍土溶陷的界限含盐量。　　（5）采用离散元软件PFC3D，考虑了盐水相变过程，分别建立了粗颗粒盐渍土的盐胀、溶陷数值模型。分析了盐胀过程中土体孔隙结构的变化，模拟了粗颗粒盐渍土的浸水溶陷过程，总结了不同加载等级和浸水溶陷过程中土体孔隙率、颗粒间接触力链的　　变化规律，揭示了粗颗粒盐渍土的盐胀和溶陷机理。　　（6）通过现场路基监测，得到了粗颗粒盐渍土路基不同深度处水分、温度随时间的变化规律，确定了温度影响的路基敏感深度及含水率显著变化深度。采用自主设计的冻融循环试验装置，分别开展了冻融循环作用下封闭体系、降水、地下水盐补给三种工况下的路基变形模型试验，分析了不同含盐量粗颗粒盐渍土路基的温度、水分变化规律及其变形特征，给出了不同条件下粗颗粒盐渍土路基的变形率。　　本文的研究结果不仅可以为德伊高铁的修建提供有效的技术支撑，也可为今后类似地区工程的路基设计及相关规范的修订提供借鉴。
作者：	刘伟
专业：	岩土工程
导师：	杨晓华;张莎莎
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022