地铁列车荷载下土石混合体回填土动力特性试验研究

作     者：胡翔翔 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟祖良

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：地铁列车荷载 土石混合体回填土 固结度 动力特性 累积应变模型 

摘      要：山地城市重庆主城区被“四山两江所分割(“四山指缙云山、中梁山、铜锣山和明月山;“两江指长江和嘉陵江),城市可利用土地资源紧张,主城区人口密集,且近年来又不断有大量人口持续涌入,城市交通十分拥挤。为缓解城区日益严峻的交通压力,地铁轨道交通作为一种速度较快、准点不误时、方便高效、载客能力大、节省地面空间、噪音小且不会与其他交通运输系统相互交叉干扰的现代化公共交通工具而得到了大规模修建。而山城重庆在前期城市化进程中经常需要开山填筑,形成了大量结构松散、孔隙率大、强度较低、工程性能很差的土石混合体回填土区,密集的地铁项目无法避免地将会穿越这些深厚的土石混合体回填土区。重庆地区的土石混合体回填土的回填时间不是很长,其固结还未完成,固结程度不一,在地铁运营期间将会产生较大的沉降。如果忽视运营期间所造成的沉降,将会影响到地铁的长期运营安全。针对穿越回填土段地铁隧道长期运营期间的沉降问题,本文采用室内试验和理论分析相结合的方法,研究在地铁列车循环荷载作用下不同固结度、含石量、有效固结围压对土石混合体回填土的孔压、刚度和累积变形等动力特性的影响,并建立相应的经验模型。本文主要研究内容和成果如下:①对地铁轨道下方的回填土进行了一系列的物理力学特性试验,获得了细粒土的干密度和天然含水率,块石的干密度和饱和密度,土粒的比重,含石量,细粒土的界限含水率等,验证了回填土中细颗粒土为粉质黏土,为后续回填土试样制作提供参照。②分析确定了回填土动三轴试验的排水条件、固结应力、固结应力比、固结度、动应力的频率、幅值、循环次数及波形等控制条件,验证了偏压正弦波可以较好地模拟地铁列车荷载。③通过地铁列车荷载下土石混合体回填土孔压试验,获得了不同固结度U、有效固结围压σ31、含石量P等条件下不同循环次数下的超孔压比ru与循环应力比rc的关系,确定了相应的门槛循环应力比rt,探讨了各因素对门槛循环应力比的影响;同时,获得了各自因素下的超孔压Δu与循环次数N的关系,分析探讨了固结度U、有效固结围压σ31、含石量P、循环次数N等因素对地铁列车循环荷载下回填土的超孔压Δu变化规律的影响。根据孔压试验结果,建立了与循环次数N相关的孔压模型。④通过地铁列车荷载下土石混合体回填土刚度软化试验,分析了固结度U、有效固结围压σ31、含石量P、循环次数N等因素对地铁列车循环荷载下回填土刚度变化规律的影响。根据试验结果,建立了软化指数δ与循环次数N相关的刚度软化-硬化模型。⑤通过地铁列车荷载下土石混合体回填土应变试验,分析了固结度U、有效固结围压σ31、含石量P、循环次数N等因素对地铁列车循环荷载下回填土累积应变变化规律的影响。根据应变发展模式为稳定型的回填土试样试验结果,当固结度U=0.98,建立了与循环次数N、含石量P以及有效固结围压σ31相关的累积应变模型;当含石量P=20%,建立了与循环次数N、固结度U以及有效固结围压σ31相关的累积应变模型。