高速铁路膨胀土路基服役性能演变规律及其长期动力稳定性

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 我国高速铁路发展概况 1
1.2 云桂铁路膨胀土路基工程概况 1
1.3 膨胀土膨胀性判别和膨胀力测定 4
1.3.1 膨胀土膨胀性判别 4
1.3.2 膨胀土膨胀力测定 7
1.4 动力荷载作用下土体的强度和变形特性研究现状 9
1.4.1 动力荷载作用下土体微观结构变化试验研究 9
1.4.2 加载方式对土体动力特性影响的研究现状 10
1.4.3 动力荷载作用下黏土本构模型研究现状 13
1.5 饱和-非饱和膨胀土工程特性研究现状 15
1.5.1 膨胀土的物理性质 16
1.5.2 膨胀土的力学性质 18
1.5.3 膨胀土的动力特性 26
1.5.4 非饱和膨胀土渗流-变形特性 27
1.6 铁路膨胀土路基灾害、防治与设计研究现状 29
1.6.1 膨胀土路基灾害防治措施研究 29
1.6.2 有砟轨道路基基床结构及防排水措施研究 32
1.7 铁路路基系统动态性能演变研究现状 37
1.7.1 铁路路基动力反应特性研究 38
1.7.2 轨道-路基系统动力相互作用研究 40
1.7.3 高速铁路路基动力稳定性研究 43
1.8 铁路路基结构可靠度研究现状 54
第2章 云桂铁路路堑段膨胀土工程特性试验 56
2.1 云桂铁路膨胀土地质特征及基本性质 56
2.1.1 云桂铁路膨胀土地质特征 56
2.1.2 云桂铁路膨胀土参数统计特征 58
2.2 膨胀土基本物理力学特性试验 59
2.2.1 膨胀土胀缩性判别 59
2.2.2 基本物理力学性质 60
2.3 膨胀土竖向膨胀力原位试验 61
2.3.1 现场试验方案设计 61
2.3.2 试验结果对比与分析 64
2.4 膨胀土动三轴试验 72
2.4.1 试验方案设计 72
2.4.2 试验结果分析 73
2.5 本章小结 75
第3章 基于 SAWI 层的铁路膨胀土路堑基床结构设计 76
3.1 铁路膨胀土路堑基床病害作用机制 76
3.1.1 既有南昆铁路路基服役破坏特征分析 76
3.1.2 膨胀土路堑基床灾害类型及作用机制 79
3.1.3 膨胀土路堑基床防排水设计对比 80
3.1.4 膨胀土路堑基床结构设计准则 82
3.2 新型 SAWI 层材料研发与力学性能试验 82
3.2.1 新型 SAWI 层基本要求 83
3.2.2 SAWI 层复合材料试验方案设计 84
3.2.3 SAWI 层材料物理力学特性 86
3.3 膨胀土路堑基床结构防排水系统设计 92
3.3.1 接触缝和施工缝防水关键技术 92
3.3.2 接缝位置防水处理关键技术 94
3.3.3 膨胀土路堑边坡裂隙渗流防排水措施 96
3.3.4 毛细水上升时基底防排水措施 97
3.4 基于 SAWI 层的膨胀土路堑基床结构设计 111
3.4.1 铁路膨胀土路堑新型基床结构的提出 111
3.4.2 新型 SAWI 层合理参数分析 113
3.4.3 不同地质条件下的新型基床结构型式 118
3.5 本章小结 121
第4章 铁路路基非饱和膨胀土湿度场--变形场演化规律 122
4.1 饱和/非饱和土渗流-变形耦合模型 122
4.1.1 饱和/非饱和土渗流理论 123
4.1.2 非饱和土渗流-变形耦合模型 126
4.1.3 非饱和膨胀土渗流特征模型 131
4.2 新型基床结构防排水效果对比与评价 134
4.2.1 路基结构计算参数确定 134
4.2.2 计算结果分析与对比 136
4.3 膨胀土地基浸水响应试验 143
4.3.1 膨胀土地基现场浸水试验 143
4.3.2 膨胀土地基浸水响应数值验证 146
4.4 铁路膨胀土地基渗流-变形耦合动态响应 150
4.4.1 计算模型及材料参数 150
4.4.2 计算结果分析与讨论 151
4.5 不同服役条件下膨胀土地基变形场演化规律 153
4.5.1 膨胀土类别对膨胀土地基变形场的影响 153
4.5.2 降雨强度对膨胀土地基变形场的影响 155
4.5.3 地下水位对膨胀土地基变形场的影响 157
4.5.4 路基高度对膨胀土地基变形场的影响 159
4.6 基于 SAWI 层基床结构抗变形性能验证 160
4.6.1 数值分析模型建立与模拟 161
4.6.2 计算结果对比与分析 161
4.6.3 非对称渗漏条件下 SAWI 层变形分布特征 162
4.7 本章小结 164
第5章 高铁膨胀土路堑基床结构换填厚度的确定 166
5.1 基于强度控制的路堑基床换填厚度 166
5.1.1 路基面设计应力幅值 166
5.1.2 动应力沿基床深度的分布规律 168
5.1.3 膨胀土路堑基床换填厚度计算 170
5.2 基于应变控制的路堑基床换填厚度 171
5.2.1 基于应变控制确定基床换填厚度的步骤 171
5.2.2 膨胀土路堑基床换填厚度计算 171
5.3 基于膨胀力平衡控制的膨胀土路堑基床换填厚度 174
5.3.1 大面积全封闭防水层对膨胀土湿度变化的影响 174
5.3.2 膨胀土路堑基床换填厚度计算 177
5.4 基于微膨胀变形控制的路堑基床换填厚度 179
5.5 膨胀土路堑基床换填厚度综合分析 180
5.6 本章小结 181
第6章 膨胀土路堑基床结构足尺模型激振试验 182
6.1 模型试验方案设计 182
6.1.1 试验对象与模型设计 182
6.1.2 监测元器件布置与埋设 184
6.1.3 动载模拟与加载方案 185
6.2 中|强膨胀土路堑基床模型试验结果分析 188
6.2.1 不同换填厚度基床动力特性分析 188
6.2.2 不同服役环境下基床动力特性分析 193
6.3 弱|中膨胀土路堑基床模型试验结果分析 203
6.4 膨胀土路堑基床结构防水效果检验 207
6.5 基床动力参数受服役环境影响内因分析 208
6.6 基于模型试验成果的基床换填厚度优化 209
6.7 本章小结 210
第7章 云桂铁路膨胀土路堑基床现场激振试验 211
7.1 试验段概况与方案设计 211
7.2 新型基床防水结构层施工 214
7.3 试验加载方案与测试系统 217
7.3.1 动力加载参数 218
7.3.2 数据采集系统 224
7.3.3 试验环境条件 225
7.4 试验结果分析 226
7.4.1 不同工况下基床动应力分析 226
7.4.2 不同工况下基床振动速度分析 230
7.4.3 不同工况下基床加速度分析 233
7.4.4 不同工况下基床沉降变形分析 235
7.4.5 不同基床防排水措施隔水效果分析 237
7.4.6 防水结构层抵抗自然营力作用性能检验 240
7.5 本章小结 241
第8章 环境与动载共同作用下膨胀土路基服役性能演变规律 243
8.1 全比尺轨道-路基-地基系统动力试验模型 244
8.1.1 试验模型设计及填筑标准 244
8.1.2 测试断面及元器件布设 246
8.1.3 列车循环荷载及加载系统 247
8.1.4 路基服役环境模拟及实现 248
8.2 循环荷载与服役环境共同作用下路基动态性能演变规律 250
8.2.1 路基系统动态土压力变化规律 250
8.2.2 路基系统振动速度变化规律 256
8.2.3 路基系统振动加速度变化规律 266
8.2.4 新型基床 SAWI 层防渗效果评价 276
8.3 有砟轨道-路基-地基系统动力性能数值仿真 278
8.3.1 有砟轨道路基结构参数及动力性能评价指标 278
8.3.2 三维轨道-路基-地基系统数值计算模型 279
8.3.3 计算结果对比及验证 285
8.3.4 膨胀土路堑新型基床结构动力行为分布特征 292
8.3.5 SAWI 层参振作用对基床动力性态的影响分析 297
8.4 本章小结 304
第9章 高速铁路膨胀土路基荷载传递规律及动力稳定性分析 307
9.1 有砟轨道-路基-地基系统动力现场试验 307
9.1.1 现场试验方案设计 308
9.1.2 有砟轨道-路基-地基系统荷载传递特征 311
9.2 有砟轨道-路基-地基系统共振特性分析 315
9.2.1 不同激振频率下的路基振动响应时频特征 316
9.2.2 轨道-路基-地基系统的共振特性 322
9.3 高速铁路膨胀土路基荷载传递预测模型 327
9.3.1 路基动应力沿深度衰减预测模型 327
9.3.2 振动速度沿深度衰减预测模型 332
9.3.3 振动加速度沿深度衰减预测模型 333
9.4 高速铁路膨胀土路基动力稳定性分析 334
9.4.1 路基动力稳定性分析方法 335
9.4.2 路基填料及地基土动力稳定性参数 337
9.4.3 基于预测模型的膨胀土路堑基床换填厚度的讨论 341
9.5 膨胀土路堑基床长期动力稳定性评价方法及应用 345
9.5.1 修正临界动应力法评价膨胀土路堑基床动力稳定性 346
9.5.2 修正振动速度法评价膨胀土路堑基床动力稳定性 350
9.6 本章小结 365
第10章 高速铁路膨胀土路基系统可靠度分析方法 368
10.1 岩土工程可靠度基本理论 369
10.1.1 可靠度基本理论 369
10.1.2 岩土性能参数的不确定性 371
10.1.3 工程结构可靠度计算方法 377
10.2 基于动应力控制的膨胀土路基可靠度计算 386
10.2.1 基于动应力控制的路基稳定性计算模式 386
10.2.2 基于动应力极限状态的膨胀土路基可靠度计算 389
10.3 基于动变形控制的膨胀土路基可靠度计算 399
10.3.1 基于动变形控制的路基稳定性计算模式 399
10.3.2 基于动变形极限状态的膨胀土路基可靠度计算 404
10.4 基于地基承载力控制的膨胀土路基可靠度计算 409
10.4.1 基于地基承载力控制的路基稳定性计算模式 409
10.4.2 基于地基承载力极限状态的膨胀土路基可靠度计算 414
10.4.3 考虑变量相关的膨胀土地基承载力可靠度计算 418
10.5 高速铁路膨胀土路基可靠度对比分析 425
10.5.1 膨胀土路基可靠度对比分析 425
10.5.2 关于铁路路基目标可靠度的讨论 426
10.6 高速铁路膨胀土路基系统可靠度计