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原文传递非洲高液限红黏土浸水路基稳定性研究

论文题名：	非洲高液限红黏土浸水路基稳定性研究
关键词：	铁路工程;浸水路基;高液限红黏土;非饱和土;降雨入渗;轨道稳定性
摘要：	随着全球化大环境的不断发展，国与国之间的联系日渐紧密。我国与非洲各国的合作关系正在逐渐稳固，对非洲国家基础设施的援建也与日俱增。其中，对地处非洲西部沿海的喀麦隆也开展了援建高速公路的项目。鉴于该地区独有的工程地质条件和气候条件，在有序施工的同时也面临一定的技术挑战。因此本文依托喀麦隆雅杜高速项目，研究高液限红黏土填方路基降雨和积水入渗时稳定性的变化机理。本文以项目沿线的高液限红黏土填方路基为研究对象，重点探寻路基在不同降雨和水位变动时，其内部渗流场、应力场、位移场的变化机理和规律，确定路基发生水损坏而失稳时的最不利工况，并为雅杜高速项目的路基施工提出相应的防护建议。具体研究工作如下：　　（1）首先，通过试验研究确定雅杜高速项目沿线红黏土样本的基本物理性质和水力特性。试验结果表明，红黏土土样中含有77%的细颗粒，其中天然含水率为40.4%、液限为58%、塑限为29%、液性指数为0.39，确定了红黏土土样高液限、软塑的物理特征。采用WhatmanNo.42型无灰级定量滤纸测定其不同含水率下的基质吸力，并利用Excel求解拟合方程的相关参数，最终得到雅杜高速项目沿线红黏土样的土水特征曲线。　　（2）其次，在系统归纳总结非饱和土物质组成、基质吸力、有效应力的基础上，利用ABAQUS/CAE2020有限元软件建立了高液限红黏土浸水路基的降雨模型。对不同降雨持时、降雨强度、降雨类型下的路基进行模拟，获取其内部水分流速、孔隙水压力等渗流场的变化情况，总结出降雨强度越大、降雨持续时间越长对渗流场影响越大的结论。在此基础上，进一步研究降雨对路基稳定性的影响规律。结果表明，红黏土填方路基在持续7天暴雨（60mm/d）工况下，其稳定性会随降雨的持续而逐渐降低。降雨结束时较降雨前其稳定性降低2.4%，降雨初期稳定性下降幅度大于降雨逐渐停止时的下降幅度。在持续72h大暴雨（110mm/d）工况下，坡顶最大最大沉降为2.607mm。而坡顶在雨水持续下渗的影响下，沉降会在降雨停止前的某一时刻达到最大值。根据该模型的计算结果，确定路基坡顶、坡脚、边坡浅表层等位置是发生水损失稳的高发区，为后文的加固和放排水措施施加提供依据。　　（3）然后，考虑到降雨会产生积水导致高液限红黏土路基浸泡，继而建立了红黏土路基水位升降模型。该模型控制水位升降周期为6天，浸润面在水位周期性变化时存在一定的滞后性。路基也会在周期内发生竖向沉降，其中沉降最大值为7.415mm。同时，路基的稳定性也会在水位变化周期内持续降低，结束时的稳定性较初始状态下降了9.2%。观测点处孔隙水压力在水位上升稳定期内达到4.74796KPa的最大值，而有效应力的变化与孔隙水压力的变化呈现负相关，两种应力的变化关系解释了水位升降时路基的固结效应。　　（4）最后，对雅杜高速项目试验段的压实效果进行评价，结果表明压实后红黏土路基的稳定性提高了33.9%，与此同时路基压实结合抗滑桩加固的组合防护可以为路基提供足够的稳定性来应对各种极端工况。确定了设置临时排水沟、跌水沟、管式渗沟相结合的方式排除地表水与地下水，达到防止路基水损坏的目的；同时利用植物防护提高红黏土路基边坡的防冲刷能力；并建议使用全包裹式的加筋挡土墙提高红黏土路基地震时的变形能力。
作者：	宋肖
专业：	道路与铁道工程
导师：	李红
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022