高速铁路黄土路基沉降控制正文.doc

引言 与第一章合在一起写 近年来，随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，我国加大了对高速铁路的建设力度。我国计划在2020年，全国铁路营运历程达到10万km，其中在主要通道将建设客运专线1.2万km以上。随着铁路速度的提高，对高速铁路工程的标准和要求也将大大提高，随之将面临更多的问题与挑战。路基沉降控制是其中的主要问题之一。沉降问题处理的好坏直接影响到工程的施工、铁路的运营甚至列车运行的安全。我国幅员辽阔，地质情况复杂，更加需要在这方面的研究。本文就黄土路基沉降的观测及控制技术进行了整理。  第1章、沉降的机理 1.1 土的形成 土是岩石在长期风化作用下产生的大小不同的松散颗粒，经过各种地质作用而形成的堆积物。它是各种矿物颗粒的疏松集合体。岩石和土的性质与其生成的地质年代有关。一般生成年代越久，则上覆土层越厚，土被压的越紧密，收到的化学作用或胶结作用就越大，土粒间的联结性就越强，因而强度也就越大，压缩性也就越小。与此相反，新近堆积的土土质较软，因为沉积历史不长，沉积物尚未胶结盐化，这些土通常是松散软弱的多孔体，工程性质较差。 1.2 土的组成 土一般是由固体颗粒（土粒）和颗粒之间空隙中的水和气体所组成，可以把土看成是一种三相分散系，即由固相、液相和气相所组成的分散体系。只有在特殊情况下才由两相组成；当土粒间的空隙中只有空气时，就形成了干土，由固相和气相组成。 土粒。土粒指的是土中的固体颗粒，它构成了土体的骨架，其矿物成分、形状和大小是决定土的工程性质的主要因素。 土中颗粒的矿物成分包括原生矿物、次生矿物和腐殖质3部分，三者特性见表 表1-1 矿物成分及特性 矿物成分 特性 原生矿物 岩石经物理风化而成，其化学成分与母岩相同，性质比较稳定。颗粒以粗粒为主含粉粒 次生矿物 岩石经化学风化或生物风化形成的新矿物，其化学成分与母岩不同。粘土矿物是最重要的次生矿物。颗粒为细粒（以黏粒为主） 腐殖质（泥炭、有机酸及盐类） 可能有强烈的吸水性，相当高的可塑性，明显的湿胀和干缩性以及低强度和高压缩性。 土粒由粗到细逐渐变化时，土的工程性质也相应发生变化。粒径大小在一定范围内的土粒，其工程性质也比较接近。 1.3 土的构造 土的结构一般分为单粒结构，蜂窝结构，絮状结构。在天然状态下任何一种土都有不同的土粒混杂而成，所以真正的土粒结构是混合起来的复杂形式土的构造分为： 层状构造：土在沉积过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小不同，沿铅直方向成层状分布。这种层状构造反映不同年代不同搬运条件形成的土层，是细粒土的重要特性。 分散构造：土层颗粒分布均匀，性质相近，常见于厚度较大的粗粒土。 裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割，在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物，某些硬塑或坚硬状态的黏土具有此种构造，而黄土具有特殊的柱状裂隙。裂隙的存在大大降低了土体强度和稳定性，破坏了土的整体性，增大了透水性，对工程不利。 1.4 土的工程特性 土与其他的连续介质相比，其最明显的三个工程特性是： 1、压缩性高 因为土是松散的集合体，土粒间有孔隙，受压后空隙显著减小，所以其压缩性要明显高于其他的连续介质。 2、承载力低 土的强度就是知抗剪强度，而非抗压强度或抗拉强度。土是一种松散的颗粒集合体，颗粒之间的联结强度远远小于颗粒本身的强度，颗粒之间在受到外力作用后具有较大的相对移动性，这说明土的抗剪强度很差。土体的承载力实质上取决于土的抗剪强度，因此土的承载力较低。 3、渗透性强 土不是连续介质，颗粒之间存在着孔隙，因此土的渗透性比其他材料大，特别是粗粒土，具有很强的渗透性。 1.5 土体的沉降机理 对于长期形成的天然土层，土在自重力作用下，其沉降早已稳定，不会引起新的变形，附加应力在土中引起了应力增量，这将使地基产生新的变形，变形包括竖向变形和侧向变形，其中竖向变形对建筑物基础的沉降起主要作用。 土体由在压力的作用下体积减小的性质即土的压缩性。土体被压实后的变形包括：1、土粒发生相对移动，部分气体和水被排挤出货溶解于孔隙水中，是孔隙体积减小；2、土粒本身被压缩；3、土中水及封闭于土中的气体被压缩。一般情况下后两种体积减小量远远小于孔隙体积减小量，可忽略不计。因此，在讨论土的压缩性时，假定水和土粒是不可压缩的，认为土体的压缩时由于土中水、气体所占据的孔隙体积减小造成的。 土粒的移动、靠拢及孔隙水的基础都需要经历一定的时间才能够完成，因而土的压缩变形也需要持续一定的时间才能趋于稳定。对于无粘性土，压缩过程所需的时间较短。对于饱和粘性土，由于水被挤出的速度较慢，压缩过程所需的时间就相当长，需几年甚至几十年才能压缩稳定。 对于路基基础最终的沉降量一般用分层综合法确定。对于沉降与时间的关系一般用有效应力原理来解决。由有效原理可知：