[发明专利]测定静载下铁路路基土体变形状态荷载阈值的方法

摘要

一种测定静载下铁路地基土体变形状态荷载阈值的方法，其操作步骤为:在刚性边壁构成的模型箱内构筑填土模型，通过圆形刚性加载板对填土模型按极限承载力的不同比例系数λ_i分级施加静载；通过位移传感器测量并计算加载过程中不同时刻t土体的塑性变形速率v_i(t)，并取其有效数据点，按负幂函数v(t)＝At^-α拟合；得到荷载比例系数λ_i对应的幂指数α_i值，并对其按三次多项式拟合得到α～λ曲线，以α～λ曲线的两个曲率极大值点的λ^Ι和λ^II对应的荷载p^Ι＝λ^Ισ_f和p^II＝λ^IIσ_f作为土体变形状态的荷载阈值。p^Ι和p^II能分别为高速铁路无砟/有砟轨道路基设计与优化、变形状态评价与整治原则提供试验依据。该方法具有试验时间较短、判别准则明确的特点，得到的荷载阈值更准确、可靠。

主权项

一种测定静载下铁路路基土体变形状态荷载阈值的方法，其操作步骤为：A、试验准备A1、模型箱构筑：在刚性基础上构建刚性模型边壁，构成长、宽、高分别为150cm、150cm、90cm的模型箱(1)；A2、模型填筑：将试验用的铁路路基土样在模型箱内按预定压实度分层填筑形成填土模型(2)，每层填筑的厚度为20～25cm，填土模型的总高度为90cm；A3、加载板安放：在填土模型(2)上表面中心位置安放直径为30cm的圆形刚性加载板(3)；A4、位移传感器布设：在圆形刚性加载板(3)上表面边缘均匀布设三个位移传感器(4)，位移传感器(4)与数据采集系统电连接；A5、试验模型封闭保湿：将模型箱(1)置于封闭空间(5)内，并通过加湿设备使封闭空间(5)内的相对空气湿度保持为90％～95％；B、试验加载及数据采集B1、确定分级施加静载值：通过地基系数测定方法测出填土模型(2)的地基系数K₃₀(MPa/m)，进而得出填土模型(2)的极限承载力σ_f(kPa)，σ_f＝2(2.4K₃₀+15)；确定分级施加静载值p_i，p_i＝λ_iσ_f，其中：i为加载的级数，i＝1,2,3,4,5,6；λ_i为第i级加载的比例系数，其取值依次为：0.05,0.2,0.4,0.6,0.7,0.8；B2、分级施加静载：先进行一次预加载，预加载的荷载等于B1确定的第1级加载的荷载p₁，保持5min，卸除荷载p₁后静置5min；随后进行第1至第6级的分级静力加载：第i级加载的荷载等于B1确定的荷载p_i，每级加载的时间为24h，两级加载之间的间歇时间1h；在进行每级加载及两级加载之间的间歇期，数据采集系统同步实时采集三个位移传感器(4)测得的圆形刚性加载板(3)的竖向位移值；C、荷载阈值确定C1、将B2步三个位移传感器(4)测得的第i级加载过程中同一时刻的竖向位移值平均，获得第i级加载过程中填土模型(2)的竖向变形S_i随加载时间t的关系曲线，即S_i～t曲线；并将第i级加载间歇期开始时和结束时，三个位移传感器(4)测得的圆形刚性加载板(3)的竖向位移值平均之差，作为第i级荷载p_i卸除后的回弹变形S_ei；C2、根据C1得到的第i级加载过程中填土模型(2)的竖向变形S_i和加载时间t的关系曲线减去第i级卸除后的回弹变形S_ei，得到第i级加载过程中的塑性变形和时间t的关系曲线；再以设定的时间间隔，算出第i级加载过程中多个时刻t的塑性变形速率v_i(t)；其中，加载级数i＝1时，设定的时间间隔为0.5h，加载级数i＝2,3,4,5时，设定的时间间隔为1h；将多个时刻t的塑性变形速率v_i(t)置于v_i(t)～t双对数坐标中，提取出线性区间内的数据点作为有效数据点；C3、对C2步得到的第i级加载过程中的塑性变形速率的有效数据点，在按负幂函数v(t)＝At^‑α进行拟合，得到第i级加载的比例系数λ_i对应的幂指数α_i值；并将数据(α_i,λ_i)按α＝aλ³+bλ²+cλ+d进行拟合，得到幂指数α与加载比例系数λ的关系曲线，即α～λ曲线；C4、根据α～λ曲线的曲率k的计算公式计算得到α～λ曲线的曲率k与加载比例系数λ的关系曲线，获得曲率k的两个极大值点对应的两个加载比例系数λ^Ι和λ^II；将较小的加载比例系数λ^Ι与填土模型(2)的极限承载力σ_f相乘即得到区分变形快速稳定与缓慢稳定状态的荷载阈值p^Ι，p^Ι＝λ^Ισ_f；将较大的加载比例系数λ^II与填土模型(2)的极限承载力σ_f相乘积即得到区分变形缓慢稳定与缓慢破坏状态的荷载阈值p^II，p^II＝λ^IIσ_f。