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原文传递黄土地区高速铁路路基填料的改良试验研究

论文题名：	黄土地区高速铁路路基填料的改良试验研究
关键词：	高速铁路;路基填料;改良黄土;数值模拟
摘要：	为了促进我国西部经济的发展，高速铁路在西北地区掀起了一股新的建设热潮。高速铁路能够极大的改善我国西部的交通运输能力，促进西部经济的发展，对东西部的经济协调发展具有重大的意义。高速铁路列车的速度快，在运行时必须保证其平稳性和安全性，因此对铁路路基的要求更严格，而铁路路基质量的好坏与路基填料工程有着直接的关系。黄土广泛分布在我国西北部，填筑铁路路基的优质填料十分匮乏，若高速铁路都采用优质填料，将会大大提高建设的工程成本。因此，对黄土进行改良，使改良黄土能够满足高速铁路路基填料的要求，从而达到节约资源和降低施工成本的目的，加快黄土地区高速铁路的建设。　　传统改良材料有生石灰和水泥，生石灰改良黄土的早期强度不高且水稳定性较差，水泥改良黄土的造价较高。为了节约资源降低成本，采用废弃物矿渣粉和脱硫石膏作为黄土的改良材料是一种使用研究方向。一般而言，几种改良材料联合改良黄土要比单一改良材料改良黄土的效果好，因此本文首次提出采用矿渣粉、脱硫石膏和生石灰三种改良材料联合改良黄土，其中矿渣粉为10％、20%，生石灰5%、8%、10%，脱硫石膏为3%、6%、9%，通过不同的配合比来改良黄土，希望能够解决石灰改良黄土的耐水性较差和早期强度较低的问题，且保证强度能够达到水泥改良黄土的强度，从而能够替换水泥来改良黄土，达到降低成本的目的。　　本文以宝鸡至兰州客运专线兰州枢纽工程的黄土为研究对象，对取样的原状黄土和重塑黄土以及矿渣粉、脱硫石膏、生石灰联合改良的黄土进行了一系列的室内试验，主要包括液塑限试验、压缩试验、湿陷性试验、三轴剪切试验、无侧限抗压强度试验和浸水试验等，结合Midas/GTS软件建立无砟轨道路基模型进行数值模拟分析，研究了原状黄土、重塑黄土和改良黄土的工程性质，取得了一些有价值的研究成果。　　（1）《高速铁路设计规范》(TB10621-2009)要求寒冷地区的高速铁路路基基床底层填料的7d无侧限抗压强度达到550kPa，试验结果表明，未经改良的黄土不能作为路基填料在高速铁路路基工程中使用。　　（2）掺入矿渣粉20%，生石灰5%、8%、10%，脱硫石膏为3%、6%、9%的改良黄土（编号1-9）的室内试验结果为：液塑限较重塑黄土有较大幅度的增大，塑性指数比重塑黄土小；粘聚力和内摩擦角较重塑黄土均有较大的提高，抗剪强度较高；湿陷性得到消除，压缩系数均小于0.1MPa-1，属低压缩性土；7d无侧限抗压强度值均远远大于0.55MPa，并且抗压强度随着龄期的增加而增大，28d抗压强度最大达到4.72MPa；龄期28d的改良黄土浸水24h后的强度最大达到2.93MPa，具有一定的耐水性，能够满足高速铁路路基填料的要求。　　（3）掺入矿渣粉10%，生石灰5%、8%、10%，脱硫石膏为3%、6%、9%时，改良黄土(编号10-18)的试验结果为：粘聚力和内摩擦角较重塑黄土仍然有很大的提高，与改良黄土（编号1-9）相比，粘聚力和内摩擦角都有一定的下降，说明矿渣粉的减小会影响到改良黄土的抗剪强度；7d无侧限抗压强度均大于0.55MPa，能够满足高速铁路路基填料的要求，28d浸水24h后的强度最大为1.64MPa，软化系数比改良黄土（编号1-9）的小，说明耐水性没有矿渣粉为20%的改良黄土高。综合比较编号为1-18的改良黄土试样的力学性质，在满足高速铁路路基填料要求的前提下，编号6（矿渣粉20%、生石灰10%、脱硫石膏6%）改良黄土的效果最好。　　（4）以不同配合比的改良黄土作为填料填筑在铁路路基工程中，利用Midas/GTS软件建立高速铁路无砟轨道路基模型，模拟分析铁路路基在自重、上部静荷载作用下的沉降量，计算结果表明不同配合比改良黄土路基的最大沉降值都小于15mm，满足高速铁路无砟轨道路基工后沉降小于15mm的规范要求。数值模拟计算验证了矿渣粉、脱硫石膏和生石灰联合改良黄土的效果，为高速铁路路基填料工程提供了一定的依据。
作者：	张鸿迪
专业：	道路与铁道工程
导师：	黄志军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文