一种地基隆起作用下路基填土消能系数的测算方法与流程

本发明涉及高速铁路路基技术领域，特别涉及一种地基隆起作用下路基填土消能系数的测算方法。

技术背景

地基的隆起变形极易引发高速铁路无砟轨道板开裂，造成重大的无砟轨道病害，甚至危及高速列车的行车安全，特别是无砟轨道低路堤或路堑基床。在工程设计中，以往只关注无砟轨道路基基底的隆起量，并以此作为设计控制目标，却忽略了路基填土的消能作用，这也极易导致地基过度加固，增加工程数量，抬高铁路投资。可见，考虑路基填土消能的有利作用，推动实施以路基顶面隆起量为控制目标的设计思路是十分必要的，即将路基底部隆起量乘以一个路基填土消能系数以确定路基顶面隆起量，路基顶面隆起量可采用如下公式确定:

式中，为路基顶面隆起量，单位mm；κ为路基填土消能系数；se为地基隆起作用下路基底部的隆起量，单位mm。

在上述公式中若路基填土越高消能作用越好，路基填土消能系数κ越小，反之,κ越大。但是设计面临的主要问题是如何便捷的确定路基填土消能系数，以减少大型现场试验或室内模型试验工作量，进而达到快速开展以路基顶面隆起量为控制目标的设计方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种地基隆起作用下路基填土消能系数的测算方法，以科学合理地确定地基隆起作用下路基填土的消能系数，适应实际工程设计与施工的需要。

本发明解决上述技术所采用的技术方案如下：

本发明一种地基隆起作用下路基填土消能系数的测算方法，包括以下步骤：

(1)通过挖坑灌砂法或挖坑灌水法或核子密度仪法确定路基填土干密度ρd，通过室内击实实验确定路基填土最大干密度ρdmax，按以下公式确定路基填土的压实系数k

式中，k为路基填土的压实系数，无量纲；ρd为路基填土干密度，单位g/cm³；ρdmax为路基填土最大干密度，单位g/cm³；

(2)通过以下公式确定路基填土“压缩效应”系数极限值的倒数β

β＝e^0.75k

式中，β为路基填土“压缩效应”系数极限值的倒数，无量纲；k为路基填土的压实系数，无量纲；

(3)通过以下公式确定路基填土初始切线“压缩效应”系数的倒数α

α＝10(1-k)^0.25

式中，α为路基填土初始切线“压缩效应”系数的倒数，无量纲；k为路基填土的压实系数，无量纲；

(4)通过以下公式确定地基隆起作用下路基填土消能系数κ：

式中，κ为路基填土消能系数，无量纲；ξ为路基填土“压缩效应”系数，无量纲；β为路基填土“压缩效应”系数极限值的倒数，无量纲；h为路基填高，单位m；λ为常数，单位1/m，λ可取值为1；α为路基填土初始切线“压缩效应”系数的倒数，无量纲。

本发明的有益效果是，在考虑路基填土压实度的基础，结合路基填土的“压缩效应”特征，通过室内模拟试验及现场试验数据拟合，建立了地基隆起作用下路基填土消能系数的测算公式，该公式仅需确定路基填土压实系数及路基填高两个参数，即能合理确定地基隆起作用下路基填土消能系数，测算方法简便快捷，适应实际工程需要。

附图说明

图1是地基隆起作用下路基横断面示意图。

图中示出构件和对应的标记：路基m，地基d，路基填高h。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图进一步说明本发明。

本发明的一种地基隆起作用下路基填土消能系数的测算方法，包括以下步骤：

(1)通过挖坑灌砂法或挖坑灌水法或核子密度仪法确定路基填土干密度ρd，通过室内击实实验确定路基填土最大干密度ρdmax，按以下公式确定路基填土的压实系数k

式中，k为路基填土的压实系数，无量纲；ρd为路基填土干密度，单位g/cm³；ρdmax为路基填土最大干密度，单位g/cm³；

(2)通过以下公式确定路基填土“压缩效应”系数极限值的倒数β

β＝e^0.75k

式中，β为路基填土“压缩效应”系数极限值的倒数，无量纲；k为路基填土的压实系数，无量纲；

(3)通过以下公式确定路基填土初始切线“压缩效应”系数的倒数α

α＝10(1-k)^0.25

式中，α为路基填土初始切线“压缩效应”系数的倒数，无量纲；k为路基填土的压实系数，无量纲；

(4)通过以下公式确定地基隆起作用下路基填土消能系数κ：

式中，κ为路基填土消能系数，无量纲；ξ为路基填土“压缩效应”系数，无量纲；β为路基填土“压缩效应”系数极限值的倒数，无量纲；h为路基填高，单位m；λ为常数，单位1/m，λ可取值为1；α为路基填土初始切线“压缩效应”系数的倒数，无量纲。

所述步骤(4)中，地基隆起作用包括膨胀土的遇水膨胀、膨胀岩的遇水膨胀、冻土的降温冻胀、盐渍土的降温盐胀、盐渍岩的降温盐胀及地下水上升引起的地基回弹。

实施例一：

参照图1，云桂(昆明至南宁)铁路某一无砟轨道路基m填高h为2.7m，地基d为非饱和膨胀土，路基m顶面宽度为13.4m，路基m边坡比为1:1.5。该路基m底部膨胀土地基d具有中-强膨胀势，基底遇水会发生隆起变形，导致无砟轨道路基m顶面产生上升位移，影响高速列车正常运营。

为确定该地基d隆起作用下路基m填土的有利消能作用，下面采用本发明方法确定地基d隆起作用下路基m填土消能系数，具体步骤如下：

(1)通过挖坑灌砂法确定路基m填土干密度ρd为1.84g/cm³，通过室内击实实验确定路基m填土最大干密度ρdmax为1.89g/cm³，按以下公式确定路基m填土的压实系数

(2)通过以下公式确定路基m填土“压缩效应”系数极限值的倒数β＝e^0.75k＝e^0.75×0.973＝2.074；

(3)通过以下公式确定路基m填土初始切线“压缩效应”系数的倒数α＝10(1-k)^0.25＝10(1-0.973)^0.25＝4.054；

(4)通过以下公式确定地基d隆起作用下路基m填土消能系数依此可得非饱和膨胀土地基d隆起作用下该路基m填土的消能系数取值为0.720。

实施例二：

参照图1，伊朗徳伊(德黑兰至伊斯法罕)高速铁路某一无砟轨道路基m填高h为1.8m，地基d为非饱和盐渍土，路基m顶面宽度为13.4m，路基m边坡比为1:1.75。该路基m底部非饱和盐渍土在降温过程中易发生隆起变形，导致无砟轨道路基m顶面产生上升位移，影响高速列车正常运营。

为确定该地基d隆起作用下路基m填土的有利消能作用，下面采用本发明方法确定地基d隆起作用下路基m填土消能系数，具体步骤如下：

(1)通过挖坑灌砂法确定路基m填土干密度ρd为1.81g/cm³，通过室内击实实验确定路基m填土最大干密度ρdmax为1.88g/cm³，按以下公式确定路基m填土的压实系数

(2)通过以下公式确定路基m填土“压缩效应”系数极限值的倒数β＝e^0.75k＝e^0.75×0.963＝2.059；

(3)通过以下公式确定路基m填土初始切线“压缩效应”系数的倒数α＝10(1-k)^0.25＝10(1-0.963)^0.25＝4.386；

(4)通过以下公式确定地基d隆起作用下路基m填土消能系数依此可得非饱和膨胀土地基d隆起作用下该路基m填土的消能系数取值为0.778。

本发明的优点在于：本发明提供的一种地基隆起作用下路基填土消能系数的测算方法，科学合理，能满足快速开展以路基顶面隆起量为控制目标设计的需要，具有广阔的推广应用前景。

以上所述只是采用图解说明本发明一种地基隆起作用下路基填土消能系数的测算方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体方法和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。