交通荷载作用后粉质黏土不排水强度特性试验研究

作者:黄博;丁浩;陈云敏;边学成 刊名:岩石力学与工程学报 上传者:何洪怀

【摘要】利用动三轴仪,对京津高速铁路沿线典型的饱和粉质黏土经历交通荷载长期作用前后的强度进行对比试验,研究排水条件、施工扰动及超固结等因素对土体振后不排水强度的影响。研究结果表明:长期交通荷载作用下产生的累积轴向应变和孔压均可作为试样结构破坏程度的表征,且存在临界值。当应变或孔压超过其临界值时,振后强度会发生衰减。若施工扰动破坏了土体天然结构性,两者的临界值均将大大降低,地基振后强度均发生衰减,且衰减程度也比天然地基大。地基中存在良好的排水途径将有效提高正常固结地基振后承载能力;交通荷载的往复作用及排水条件对预压处理后的超固结地基强度影响较小。

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1引言随着高速公路、铁路、地铁等不断兴建以及城市的发展,公共交通沿线土地经济价值不断提升,在这些高速交通线路周边进行工程设施建设势在必行。交通荷载作用后地基强度的变化规律和取值是岩土工程师在进行工程设计时面临的实际工程问题。砂土在循环荷载作用下会发生液化,完全丧失抗剪强度;而黏土在循环荷载作用后虽不会发生抗剪强度的丧失,但其力学行为的变化也非常复杂。国内外许多学者,如:K.H.Andersen等[18]对不同地区黏土、粉质黏土在循环荷载作用后的强度变化进行了探讨。这些研究多针对原状和重塑海洋软土进行,不同地区土体性质不同,振后强度表现不一。D.C.Koutsoftas等[4,68]研究表明,土体强度与未经历循环荷载作用时相比,会发生较大程度的衰减。这种衰减被认为是由于动荷载引起试样内孔压上升,有效应力减小造成的,与试验土体自身特性、振动条件等有关。G.Castro和J.T.Christian[5]研究表明,土体振后强度没有显著变化;而G.Austin[9]的试验则表明,在动应力水平低于某一给定值时,土体振后强度有所增大。京津城际高速铁路连接北京与天津两大直辖市,是国内第一条自主设计、施工的无碴轨道客运专线[10]。铁路沿线广泛分布的黏土、粉质黏土层,对列车长期运行过程中产生的往复荷载作用下的强度、应力应变关系的变化规律和影响因素等的研究,对指导周边构建筑物、地下管线的设计和施工,预测建筑物长期稳定性和沉降将起决定性作用。交通荷载动力模式复杂、作用周期长、区域土体性质特殊,使得该问题不能照搬海洋工程、地震工程等的研究成果。为掌握高速铁路运行条件下软土地基力学行为变化规律,评估排水条件、施工扰动、超固结等因素对土体变形、强度特性的影响规律,以京津城际高速铁路沿线某路段典型土层为研究对象,通过一系列不同振幅、不同振次的高速列车动力模拟荷载作用,然后,采用多功能动三轴仪对原状及重塑试样进行三轴不排水剪切试验,研究土体强度变化规律,为高速线路周边建筑物地基基础设计提供有益的参考。2试验条件和方法2.1试验土样和制备原状土试样取自京津高铁沿线某路段。考虑到地基4m以上换填处理,且列车运行产生的动应力影响范围不深,因此,取土深度58m。试验土样基本物理指标为:密度=1.851.88g/cm3,含水率w=33%43%,相对密度Gs=2.682.70,液限wL=41%45%,塑限wp=20%24%,塑性指数Ip=1217,初始孔隙比e0=0.921.16。典型土样的颗粒级配曲线见图1,图中,d表示颗粒直径,土样属粉质黏土黏土。lg(d/mm)图1试验土样的颗粒级配曲线图Fig.1Grain-sizedistributioncurveoftestsoil由于路基土层在铁路修筑过程中不可避免受到扰动,为探讨施工扰动、堆载预压处理后地基强度变化,进行重塑样对比。重塑土样采用原状样土经充分搅拌,分层击实。设计初始密度控制在1.86g/cm3,初始孔隙比为0.95。采用真空抽气法在饱和缸中饱和,装样完成后,再施加300kPa反压,试样孔压系数B0.96。正常固结时,试样在80kPa压力下等向固结,待排水体变基本稳定,结束固结。超固结时,试样在大于80kPa压力(3max)下等向固结完毕后,卸载至80kPa(30),待试样吸水稳定后形成超固结比OCR=3max/30的超固结样。试样均为直径39.1mm,高80mm。2.2试验方法及过程为考察京津高铁沿线典型粉质黏土在交通荷载作用后的不排水抗剪强度变化规律,本次试验分3组进行。第一组试验在试样固结完毕后进行不排水剪,以确定未经历

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