水泥稳定碎石基床冻融劣化试验及模型研究

为研究季节性冻土地区高铁路基水泥稳定碎石基床长期冻融循环耐久性,将宏观试验与结构内部微元体的损伤发展相结合,建立了基于Morgan-Mers-Flodin(MMF)模型的高铁路基水泥稳定碎石基床冻融耐久性劣化模型,室内长期冻融循环试验以无侧限抗压强度和抗折强度作为评估水泥稳定碎石材料冻融耐久性的指标.研究结果表明:首先,无侧限抗压强度和抗折强度可表征水泥稳定碎石的冻融耐久性劣化规律;其次,以无侧限抗压强度损失率为控制指标,建立的冻融耐久性预测模型与室内试验保持一致;最后,水泥含量由3％增加至5％时,材料内部抗冻融损伤能力明显提高,建议高铁路基水泥稳定碎石基床水泥掺量为5％.研究结果以期为高铁路基水泥稳定碎石基床强度标准的制定,以及施工和安全运营提供理论支撑.     

CRTSⅢ型板式无砟轨道下路基的累积变形

为研究CRTSⅢ型板式无砟轨道下路基在设计使用年限内的累积变形规律,设计了路基累积变形试验方案.介绍了CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基足尺模型试验平台,并在该试验平台上开展了1亿次循环荷载试验.试验结果表明:路基动应力受循环荷载作用轴次的影响很小;随着列车荷载作用轴次的增加,路基累积变形在加载初期增长较快,随后增长速率逐渐变小,当加载轴次达到350万次后趋于稳定,在1亿次加载后最终稳定值为3.38 mm;基床表层、基床底层、路基本体和地基累积变形分别占路基总体累积变形的68.93%、16.86%、8.88%、5.33%.最后,基于模型试验结果提出了高速铁路路基累积变形预测模型,可为建立起符合实际的列车长期重复荷载作用下高速铁路路基累积变形计算方法提供参考和借鉴.     

振动压实黄土路基变形特性与预测模型

为揭示列车荷载作用下黄土路基变形规律及其影响因素。以西韩城际铁路沿线黄土为例,选择适当的试验参数,研究振次、路基深度和含水率对振动压实黄土路基弹性变形和累积塑性变形的影响和变形量,并提出累积塑性变形预测模型。结果表明：振次增加变形减小,在大于2000后趋于稳定;深度增加变形减小,深度从0.5m增加到3.5m,弹性应变、塑性应变分别减小了87%、94%;含水率增加会增大黄土路基变形7%以上;不同层位的黄土路基累计变形预测模型与实测值相关性超过90%。因此,黄土路基应注重防水排水措施,减少路基不均匀沉降,提升整体稳定性。     

可再分散乳胶粉对水泥稳定碎石材料性能影响的试验研究

为研究可再分散乳胶粉对水泥稳定碎石材料性能的影响，开展水泥胶砂试验及无侧限抗压强度、抗折强度、干缩、温缩路用性能试验，并通过XCT、SEM微观试验分析胶粉的作用机理。试验结果表明：胶粉应用于低剂量水泥基材料时，对强度和抗裂性具有显著的提升效果。考虑水泥稳定碎石的抗压强度、抗折强度及韧性，5%胶粉用量最优。5%胶粉水泥稳定碎石7 d无侧限抗压强度提高9.8%、抗折强度提高9.6%、弯曲韧性提升21.0%。掺入胶粉后，水泥稳定碎石的7 d、28 d干缩系数分别降低41.5%、34.0%，温缩系数降低17.1%，收缩性能得到显著改善。XCT图像分析显示，加入胶粉改变了水泥胶砂的孔隙特征，减少了大孔的数量，孔隙率和平均孔径是影响胶砂强度的主要因素。SEM结果显示胶粉可以增强水泥稳定碎石的界面粘结，优化其孔隙结构，并且与水泥水化产物联结形成弹性空间网络结构，是水泥稳定碎石韧性和收缩性能提升的主要原因。     

级配碎石变形特性的试验

针对级配组成、水的质量分数及密实度等3个因素对级配碎石的影响,采用精密非粘结材料分析仪(precision unbound materials analyzer, PUMA)试验和重复荷载加州承载比(California bearing ratio, CBR)试验方法,研究了级配碎石的抗变形能力.借助累积塑性变形和弹性形变指标,对比分析2种试验异同点.试验结果表明:在荷载作用前期,级配碎石材料抗变形能力受荷载作用的影响显著,随着荷载作用次数不断增大,其影响逐渐减小;PUMA试验与重复荷载CBR试验累积塑性变形结果基本一致,而弹性应变指标存在差异;PUMA试验中弹性应变受级配碎石材料上述3个因素共同影响,重复荷载CBR试验中弹性应变受级配碎石密实度的影响;对级配碎石变形特性精度要求较低时,可选择重复荷载CBR试验研究级配碎石材料变形特性;由于PUMA设备和加载均接近实际工况,因此对级配碎石变形特性精度要求较高时,推荐选用PUMA试验测试方法.     

不同类型半刚性基层材料性能的试验与分析

采用石灰粉煤灰稳定碎石、水泥稳定碎石及水泥粉煤灰稳定碎石进行干缩试验,对比研究3种半刚性材料的累积干缩量、失水率、累积失水率和干缩系数4个性能指标;对3种半刚性材料进行温缩试验,通过温缩系数对比,分析其温缩特性;通过抗压回弹模量试验和抗弯拉回弹模量试验,对比研究了其力学特性;对3种半刚性材料进行疲劳试验和冲刷试验,对比分析其耐久性。研究结果表明：3种半刚性材料干缩性能的优劣顺序为：石灰粉煤灰稳定碎石、水泥粉煤灰稳定碎石、水泥稳定碎石;温缩性能的优劣顺序为：水泥粉煤灰稳定碎石、石灰粉煤灰稳定碎石、水泥稳定碎石;抗冲刷性能的优劣顺序为：石灰粉煤灰碎石、水泥粉煤灰稳定碎石、水泥稳定碎石;水泥粉煤灰稳定碎石的抗疲劳性能优于水泥稳定碎石。     

水泥稳定炉渣碎石基层路用性能

为研究生活垃圾焚烧炉渣集料对水泥稳定碎石基层路用性能的影响规律,将0~9.5mm炉渣集料按照不同比例替代天然石料制备了水泥稳定炉渣碎石混合料,并测试了混合料的击实特性和无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、收缩特性及抗冻性.结果表明:炉渣集料掺量越高,混合料最佳含水率越大且最大干密度越小;水泥稳定炉渣碎石的抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、抗冻性均低于水泥稳定碎石;炉渣集料增加了试件的长期干缩变形,但降低了试件对失水率的敏感性,炉渣集料掺量不超过30%将减小试件温缩变形及对温度的敏感性.综合考虑,炉渣集料替代水泥稳定碎石中天然石料的质量分数宜在20%~30%.     

半刚性基层材料疲劳试验

为研究半刚性基层材料的组成与疲劳性能间的关系,对几种代表性半刚性基层材料进行疲劳试验研究。通过对骨架密实水泥稳定碎石、悬浮密实水泥稳定碎石、骨架密实水泥粉煤灰稳定碎石和悬浮密实水泥粉煤灰稳定碎石梁试件进行三分点加载疲劳试验,得到室内疲劳预估模型,并进一步分析了材料组成对疲劳性能的影响。研究结果表明：骨架密实结构水泥稳定碎石疲劳性能普遍优于悬浮密实结构水泥稳定碎石;水泥粉煤灰稳定碎石的疲劳性能优于水泥稳定碎石;增加结合料剂量使得材料疲劳敏感性增加,但实际承载能力提高;级配稍细的骨架密实结构半刚性基层材料疲劳性能较好。     

骨架密实水泥稳定碎石基层设计与施工

随着水泥稳定碎石基层在公路工程施工中广泛使用,裂缝的存在使道路表面雨水不可避免地进入结构层及路基,致使路面结构层和路基强度大大降低;同时,裂缝在车辆荷载的冲击作用下,很容易扩展,严重的出现唧浆和坑槽。水泥稳定碎石在温、湿变化作用下产生较大的收缩变形是导致基层裂缝及反射裂缝的主要原因。我公司今年在施工211国道高速公路施工中使用骨架密实水泥稳定碎石基层,由试验段的后期跟踪结果来看,骨架密实型结构水泥稳定碎石基层的裂缝明显减少,效果显著。     

西安地铁盾构下穿高铁路基沉降及变形分析

为研究黄土地区盾构隧道下穿高铁路基响应规律,依托西安地铁一号线下穿某高铁线实际工程,基于沉降理论估算了双线隧道施工引起上方路基沉降量,建立了区间隧道下穿既有高铁路基数值模型,分析了不同桩底与隧道净距下道床、路基、水泥粉煤灰碎石(cement fly-ash gravel, CFG)桩竖向沉降与CFG桩受力响应规律。结果表明：CFG桩轴力、道床、路基竖向沉降变形随桩底与隧道净距逐渐增大而增大,施工至隧道正上方时达到最大,平行于掘进方向随与隧道水平距离增加,沉降逐渐减小,沿盾构施工方向沉降逐渐增大,道床与路基结构产生倾斜但垂直倾斜高度均不超过2 mm; CFG桩最大轴力集中于两侧单桩,而隧道正上方范围内CFG所受轴力较小,在桩底与隧道距离为3.235 m与5 m工况下,CFG桩所受轴力值分别达到最小和最大,褥垫层以内的CFG桩未出现受压破坏。     

施工期间高速公路水泥稳定碎石基层裂缝研究

为研究施工期间高速公路水泥稳定碎石基层裂缝的发展规律,采用振动法实测了不同水泥剂量的水泥稳定碎石材料力学参数,根据实际的施工车辆荷载数据,运用Bisar3.0软件计算了基层层底拉应力,采用基于弹性地基板摩擦约束的收缩开裂模型分析了基层干缩裂缝间距,结果表明:水泥稳定碎石7 d劈裂强度值要大于现行沥青路面设计规范推荐值;在相同水泥剂量条件下,底基层采用二灰土的基层层底最大拉应力远小于开裂间距大于底基层采用级配碎石的基层;当底基层采用级配碎石时,基层水泥剂量应大于3.0%,施工车辆重量不宜大于35 t;随着水泥剂量的增大,水泥稳定碎石干缩应变、干缩系数先减小后增大,而基层开裂间距先增大后减小,并在水泥剂量为3.5%时干缩应变和干缩系数最小,基层开裂间距最大。     

基于灰色关联法的水泥稳定碎石抗疲劳性能影响因素分析

借鉴灰色关联分析方法,对所选取的水泥稳定碎石混合料试件在反复荷载下达到106次疲劳寿命的应力水平、水泥剂量、4.75mm通过率、成型方式进行了综合评价,确定了各水泥稳定碎石抗疲劳特性影响因素的影响程度,为提高水泥稳定碎石的抗疲劳性能提供依据。     

聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂能试验研究

为了研究聚丙烯纤维对水泥稳定碎石断裂韧性的影响，通过对84个尺寸为100 mm × 100 mm × 515 mm的聚丙烯纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石三点弯曲试件断裂试验，测得了试件的断裂能(GF)、裂缝嘴张开位移(CMOD)和裂缝尖端张开位移(CTOD)，并探讨了试验龄期、聚丙烯纤维体积掺量以及水泥掺量对聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂能的影响，对聚丙烯纤维水泥稳定碎石的经济性和施工和易性进行了简要分析，给出了聚丙烯纤维体积掺量合适的建议范围为0.6‰ ～ 0.8‰。试验结果表明：聚丙烯纤维的掺入可以明显提高水泥稳定碎石的断裂能、极限裂缝嘴张开位移(CMODmax)和极限裂缝尖端张开位移(CTODmax)；随着试验龄期的增长，无论聚丙烯纤维掺入与否，水泥稳定碎石断裂能均呈增大趋势，但聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂能增大的速率较大；随着纤维体积掺量的增加，水泥稳定碎石断裂能、CMODmax和CTODmax逐渐增大，尤其是当纤维体积掺量大于0.6‰时，GF增大的效果更为明显；随水泥掺量的增加，聚丙烯纤维水泥稳定碎石试件的极限荷载逐渐增加，但断裂能却逐渐减小。     

基于均匀性设计的水泥稳定碎石宏观性能及微观机理

从水泥稳定碎石多级分散体系和非匀质特性的角度,对水泥稳定碎石组成结构和收缩开裂机理进行分析,得到了抗裂水泥稳定碎石的理想结构状态,进而提出基于均匀性设计的分层次设计思想和两阶段设计方法,并对设计得到的混合料力学性能和微观机理进行研究。通过SEM-EDS和显微硬度,从界面特性、微观生成物角度对界面过渡区进行了分析。结果表明,采用两阶段设计较规范设计方法得到的水泥稳定碎石,改善了混合料均匀性和界面状态,微观结构相对致密,缺陷较少,力学性能也得到不同程度改善,界面过渡区厚度减小25%～29%,平均显微硬度提高了13. 8%,揭示了基于均匀性设计得到的水泥稳定碎石性能改善的微观机理。     

水泥稳定碎石基层无侧限抗压强度试验研究

水泥稳定碎石基层的水泥用量和力学特性,直接影响沥青混凝土路面的使用寿命。本文结合湖北宜昌太平溪镇陈坛公路改建工程,探讨了不同级配及不同水泥掺量对水泥稳定碎石基层的重型击实指标和无侧限抗压强度指标的影响。研究结果表明:施工现场提供的碎石和黄砂经过合成级配之后,掺入4%、6%和8%的水泥稳定强度能够达到路用要求。同一级配下,掺入水泥的量越多,混合料的最佳含水率、最大干密度及无侧限抗压强度指标均越大;随着掺入水泥量的增加,最佳含水率增大趋势先快后慢,最大干密度和无侧限抗压强度增加的趋势先慢后快。同一水泥掺量下,混合料中碎石的含量越大,最佳含水率越小,最大干密度越大,无侧限抗压强度越大。综合考虑级配和水泥掺量对无侧限抗压强度指标的影响,工程实际选用碎石∶黄砂=60∶40,水泥掺量6%为施工指标。     

水泥稳定碎石全厚式摊铺施工质量控制

本文结合贵阳环城高速西南线水泥稳定碎石基层工程实践,论述了全厚式水泥稳定碎石基层的材料控制、配合比设计以及施工质量控制,为全厚式水泥稳定碎石基层大面积推广提供了必要的参考和借鉴。     

基于灰色理论的水泥稳定碎石冲刷量模型

为了有效确定水泥稳定碎石在工程中达到冲刷量设计标准的最佳材料组成,采用灰色系统理论方法,选取集料分形维数、水泥28d砂胶强度、水泥剂量、含水量为建模参数,建立了基于灰色系统理论的水泥稳定碎石28d冲刷量预测模型,并给出骨架密实和悬浮密实2种结构的水泥稳定碎石28d冲刷量预测模型简化式。适用性验证表明：2种结构的水泥稳定碎石冲刷量预测值和实测值的相对误差均较小,说明基于灰色理论的水泥稳定碎石预测模型可以较为准确地预测其28d冲刷量值。     

骨架密实型水泥稳定碎石级配设计方法

为研究水泥稳定碎石的级配优化设计问题,针对未加水泥的级配矿料,构建矿料间隙率的物理模型,给出骨架密实型级配矿料粗细分界筛孔通过率的计算公式,建立骨架密实型级配设计理论.在考虑细料对粗料排列的干涉作用后,通过试验获得实际意义上的骨架密实型水泥稳定碎石,形成该类材料的级配优化设计方法.结果表明:未加水泥的级配矿料击实试验所得的最大干密度或间隙率可作为判断水泥稳定碎石骨架密实性的简便指标;通过建立的理论模型与优化设计方法,可成功地设计出水泥剂量较低、强度较高的骨架密实型水泥稳定碎石.