全風(fēng)化花崗巖在鐵路建設(shè)中的應(yīng)用

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一全風(fēng)化花崗巖改良土的工程性質(zhì)

1花崗巖工程特性

花崗巖主要在我國(guó)南方地區(qū)出露，按風(fēng)化程度可分為微風(fēng)化、中風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和殘積土，在工程地質(zhì)中，一般將殘積土稱為全風(fēng)化花崗巖，因此全風(fēng)化殘積土與全風(fēng)化花崗巖為同一類(lèi)土。花崗巖殘積土的主要特點(diǎn)是云母含量高、結(jié)構(gòu)松散、水穩(wěn)性差、粘結(jié)力小，CBR值低、回彈模量小，在荷載作用下，全風(fēng)化花崗巖填筑的路基易產(chǎn)生較大的永久變形，出現(xiàn)路基病害，嚴(yán)重影響鐵路建設(shè)與維護(hù)。

2全風(fēng)化花崗巖改良土工程性質(zhì)

(1)改良土液塑限。土體的液塑限直接反映土體顆粒與水溶液表明作用程度，間接反映土的工程性質(zhì)。水泥加入土樣后大大降低了土的塑性;生石灰改良土具有較好的水穩(wěn)性，隨著生石灰劑量增加，改良土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性提高;生石灰或水泥改良土齡期越長(zhǎng)，其塑性指數(shù)越小。

(2)改良土顆粒分析。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生石灰改良土和水泥改良土的顆粒分析曲線均向左移，顆粒粗化現(xiàn)象明顯，表明粉粘土摻加生石灰和水泥改良后，其原有顆粒組成發(fā)生變化，產(chǎn)生粗化現(xiàn)象。

(3)改良土擊實(shí)。隨著生石灰與水泥的摻入，最佳含水量增加，這對(duì)含水量較高的素土非常有效。單位擊實(shí)功越大，最大干密度越大。

(4)壓縮特性。全風(fēng)化花崗巖壓縮性較大，剛度較小，屬高壓縮性土，加入水泥后壓縮性大幅度減小，剛度增加，有利于列車(chē)的安全運(yùn)行。

(5)收縮特性。全風(fēng)化花崗巖改良土收縮性具有三個(gè)明顯的特征:①線縮率低于未改良土;②改良土與未改良土相比，體縮率明顯降低;③水泥改良土摻合率增大，收縮率增高，體收縮率減小;生石灰改良土摻合率與收縮率關(guān)系不明顯。

(6)滲透特性。花崗巖全風(fēng)化物摻加水泥改良后，改良土的滲透系數(shù)大大降低。

(7)水穩(wěn)定性。隨著生石灰和水泥摻入量的增加和養(yǎng)護(hù)時(shí)間增長(zhǎng)，全風(fēng)化花崗巖改良土的水穩(wěn)定性變好。

(8)干濕循環(huán)強(qiáng)度衰減特性。全風(fēng)化花崗巖改良土經(jīng)干濕循環(huán)后，質(zhì)量趨于穩(wěn)定，且水泥摻入量越大，干濕循環(huán)的質(zhì)量損失越少。

(9)抗剪強(qiáng)度。飽水后改良土抗剪強(qiáng)度有不同程度的降低，但未改良土幾乎沒(méi)有強(qiáng)度。

(10)靜強(qiáng)度特性。全風(fēng)化花崗巖加6%的水泥或生石灰改良后，飽和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大，滿足鐵路對(duì)基料的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性要求。

(11)CBR強(qiáng)度與膨脹量。摻加水泥使CBR水穩(wěn)強(qiáng)度增大，改善了全風(fēng)化花崗巖路基的路用性能。

二應(yīng)用實(shí)例

1鐵路列車(chē)荷載作用特點(diǎn)

無(wú)碴軌道具有穩(wěn)定性好、耐久性和平順性、風(fēng)度均勻等優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)形式包括長(zhǎng)枕埋入式、彈性支承塊式和板式無(wú)碴軌道。

2模型建立

(1)模型選擇。路基本體在小應(yīng)變下的本構(gòu)模型有多種多樣，如雙線模型、粘彈性模型、彈塑性模型等，這些模型均能與土的動(dòng)應(yīng)力—應(yīng)變曲線接近，本文選擇路基的動(dòng)力響應(yīng)選擇彈塑性模型。

(2)邊界條件。任何結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定都需要約束條件，模型計(jì)算中約束內(nèi)容包括鋼軌與彈簧阻尼之間、彈簧阻尼與軌道板之間、路基兩端與地面之間。

3結(jié)果分析利用有限元分析方法，對(duì)全風(fēng)化花崗巖改良土用作填料的路基進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)合鐵路列車(chē)荷載作用的特點(diǎn)，分析模型結(jié)果:

(1)行車(chē)速度從100km/h增加到200km/h時(shí)，動(dòng)位移呈現(xiàn)減小的趨勢(shì);當(dāng)速度從200km/h增長(zhǎng)到300km/h時(shí)，動(dòng)位移隨速度增加而增大;速度大于350km/h時(shí)，動(dòng)位移又出現(xiàn)減小趨勢(shì)。

(2)動(dòng)應(yīng)力與加速度都與輪重成線性比例關(guān)系，隨著輪重的增大而增大。

(3)基床表層厚度增加，動(dòng)位移呈減小趨勢(shì)。

三結(jié)論

全風(fēng)化花崗巖由于其特殊的工程特性，直接作為路基填料會(huì)造成嚴(yán)重的路基病害。通過(guò)對(duì)全風(fēng)化花崗巖及其改良土的工程特性進(jìn)行分析，確定了生石灰與水泥對(duì)全風(fēng)化花崗巖的改良結(jié)果。本文對(duì)列車(chē)動(dòng)荷載作用下的無(wú)碴軌道路基進(jìn)行數(shù)值模擬，經(jīng)計(jì)算可知列車(chē)速度對(duì)各物理量不是簡(jiǎn)單的相關(guān)性，但動(dòng)應(yīng)力、加速度與輪重具有良好的線性關(guān)系，基床表厚度與動(dòng)位移呈反相關(guān)關(guān)系。

作者：米永增 單位：中鐵二十局集團(tuán)有限責(zé)任公司