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武广客运专线路基填筑质量检测新技术的应用摘要:本文介绍了目前国际常用的几种路基填筑检测技术,同时结合武广客运专线路基施工特点进行分析研究,选用了满足设计及验标要求的检测手段和检测标准关键词:客运专线路基工程检测检测技术检测标准1 前言路基压实质量是保持线路稳定与平顺、保证列车能高速、安全运行的重要条件。
而控制和检测压实质量的标准、方法和设备,则是保证压实质量的重要措施。
客运专线提出了路基填筑采用物理力学双控压实标准的新概念,并根据路基填筑的不同部位,提出了压实系数K、孔隙率n、地基系数K30、动态变形模量Evd以及静态变形模量Ev2等压实标准。
我单位通过对上述新概念、新标准的学习研究,同时对武广客运专线XXTJⅤ标新韶关站路基工程质量检测技术的应用及相关实践经验进行总结形成此文,供类似工程参考借鉴。
2 客运专线路基质量检测的必要性客运专线路基质量检测一方面可以评价路基施工过程中或竣工后路基的质量,检验路基是否达到了设计要求,验证路基是否具有足够的强度能够承受列车动荷载的作用,同时又具备保证列车安全、舒适运行的合理刚度;另一方面,可以了解施工过程的质量情况,控制施工进度,促进施工单位改进施工工艺,加强施工质量管理,保质保量地完成施工任务。
3 客运专线路基填筑检测方法及相关标准3.1 武广客运专线路基填筑检测标准3.1.1 工程概况新建铁路武汉至广州客运专线新韶关站路基工程全长 2.501km,路基填筑主要工程量有:挖方61.4万m3,填方97.97万m3,其中碎石褥垫层7.75万m3、A、B组填料45.09万m3、表层级配碎石4.89万m3、夯填土40.24万m3、堆载预压7.95万m3。
3.1.2 路基结构形式正线基床表层0.4m采用级配碎石填筑,路堑地段基底挖除换填2.3m厚的A、B组填料;半填半挖地段基底换填不小于2.3m厚的A、B组填料;站线表层0.6m换填级配碎石,路堑地段基床底层0.5～1.0m 挖除换填A、B组填料;灰岩地段表层0.4m挖除换填C25混凝土。
收稿日期22作者简介黄晓晖(66—),男,年毕业于西南交通大学工程地质与水文地质专业,高级工程师。
文章编号:167227479(2010)022*******武广客运专线灰岩残积层红黏土力学特性现场试验研究黄晓晖(中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉 430063)F i eld Tests on M echan i ca l Proper ti es of Red C l a y a t L im estoneEluvi um a long W uhan -Guangzhou Pa ss enger D ed i ca ted L i n eHuang Xiaohui 摘 要 武广客运专线武汉至韶关段分布有长达100km 的红黏土路段。
红黏土力学特性的复杂已为业内所公认,其强度及变形特性可能对路基变形产生不良影响。
通过现场多组平板载荷试验,研究了武广客运专线红黏土的承载力特性和沉降变形特点,并分析了粒径组成、气候条件的影响,提出了不同条件下红黏土地基承载力标准值及变形模量参考值,并对红黏土地基段路基工程的设计与施工提出了建议,为武广客运专线红黏土地基力学参数合理取值提供了依据,并可为红黏土地区其他工程建设提供参考和借鉴。
关键词 武广客运专线 红黏土 平板载荷试验 力学特性中图分类号:T U446;U21311+4 文献标识码:B 平板载荷试验是在岩土体原位条件下,对一定尺寸的承压板施加竖向荷载,通过承压板向地基土逐级加荷,同时观测承压板沉降,测定地基土承载力和变形特性的原位测试方法[1]。
一般认为,平板载荷试验在各种原位测试中最为可靠,具有直接、直观、准确的突出优点,作为一种主要的原位测试手段,在岩土工程勘察中得到了广泛应用。
武广客运专线武汉至韶关段分布近100km 的灰岩残积层红黏土地基。
红黏土力学特性的复杂已为业内所公认,其强度及变形特性可能对路基变形产生不良影响,因此正确认识红黏土力学特性非常必要并具有十分重要的研究价值。
高速铁路岩溶及红粘土注浆加固地基处理前言：本黏土及岩溶注浆工法是针对武广客运专线的地质特点来进行研究的，武广客运专线地质条件复杂多变，单从武汉工程试验段的地质条件来看，注浆地段地质条件多为：上覆黏土，为软塑及硬塑层，下伏弱风化灰岩，岩溶及裂隙发育。
本工法正是结合武广客运专线武汉工程试验段的地质条件，对有关注浆设备、注浆材料、注浆工艺流程、各种注浆参数及在注浆过程中的各项监测控制、注浆前后的各项检测对比，在武广客运专线武汉工程试验段现场试验及施工的基础上，在多方大力支持下，由中铁八局联合体为主体，结合工程实践的基础上形成的。
2特点：2.1该工法的施工机械体积小，灵活轻便，适合于场地狭长地带的施工。
2.2该工法在注浆前期可对地质情况进行复核，并不用另外再上地质钻机，可在钻孔总数的20%中完全复核出该处的地质情况。
2.3在先导勘探孔探明地质情况下，后续钻机可大量跟进，有利于大面积展开施工。
2.4可根据探明的地质情况，对于不同的地质条件确定采同的注浆方法以及确定浆液配制方法。
2.5在注浆施工中，在注浆孔中采用加入钢筋笼，形成微型桩技术，从而保证了封孔效果以及注浆加固地基的整体效果。
2.6采用较大孔径的注浆孔，91mm～130mm，在有效控制注浆压力及浆液配比的情况下，对注浆效果进行控制。
2.7采用物探、钻孔、注水试验，对于注浆前后的对比可以有效确定注浆加固地基效果。
3、适用范围：本工法适用于含砂土、粉土、软塑黏土、回填土等地基加固。
可用于公路、铁路以及对地基加固并控制地层沉降等的地基加固工程。
4、工艺原理：利用惰性材料形成的浆液，在一定压力作用下注入岩溶裂隙、溶洞中以及软塑黏土体孔隙中，首先是填充岩溶溶洞及岩溶裂隙，其次是封闭岩、土界面，形成隔水帷幕，阻隔上层滞水与岩溶水的联系；如土体中存在着软弱夹层，再进行加固土体软弱夹层，并在注浆中加入钢筋笼形成微型桩的复合加固体系。
通过注浆填充液凝固后，具有的刚性和强度而改变岩层及土体的性状，使岩土的变形受到约束，强度得到提高，从而达到控制地基整体沉降、减少变形的效果。
中铁五局十五项科研项目在武广客运专线应用中铁工程五局自2006年武广客运专线开工建设以来，及时制订了以武广客运专线施工关键技术为重点，开发15个客运专线建设科研项目，采取以我为主、横向联合的技术开发方式，通过自主创新，引进技术消化、吸收与再创新，切实提高核心技术和关键技术的开发能力，努力取得一批拥有自主知识产权和具有国内先进水平的科技成果，增强企业核心竞争能力的科技发展计划。
采取加强领导，强化科技项目合同管理，新增项目总经费803万元，项目进展的检查和监督实行自查和抽查相结合等方式，使武广客运专线各项目规划和措施真正落到实处，为安全、优质高效、快速有序建设好武广客运专线开好局，起好步。
已经完成建安产值127376万元万元。
中铁五局承担了武广客运专线乌龙泉～花都段站前工程XXTJⅣ标段七单元的施工任务，管段正线全长67.512公里，桥梁63座、隧道34座、路基17.614公里、车站1座、涵洞27座、无碴轨道152.648单线公里、无碴轨道道岔12组，合同总工期35个月，总造价37.76亿元。
中铁工程五局面对复杂的地质条件和紧张的工期，依托科技，科学组织施工，倒排工期，重新编排、细化施工组织设计，快速形成平行流水作业模式，制定日历性施工计划。
目前，武广客运专线现场应用的15项目科技项目是《地基加固处理新型结构形式施工工艺及设备配套的研究》；《路堤填筑填料（A、B组填料）质量控制、生产设备配套研究》；《现场填筑工艺研究路基边坡防护新结构形式的施工工艺、设备配套研究》；《武广客运专线32m、24m简支箱梁移动模架法施工技术研究》；《武广武广客运专线（简支箱梁、等跨连续梁、板式刚构连续梁）支架法施工技术研究》；《客运专线32m、24m简支箱梁预制架设施工技术研究》；《武广客运专线岩溶地区钻孔桩施工技术研究简支箱梁预制架设法、移动模架法、支架法施工经济、质量、进度等效果比较分析研究》；《武广客运专线大跨度连续梁悬臂灌筑施工技术研究武广客运专线桥梁用高性能混凝土施工技术研究》；《武广客运专线桥梁线形控制、移动模架施工线形和安全监控及支架法支架模型计算双线超大断面软弱围岩地段双侧壁导坑法施工工艺研究》；《双线超大断面软弱围岩地段CD法、CRD法施工工艺研究》；《台阶法施工、全断面法快速施工机械设备配套和关键技术研究》；《分部开挖的监控量测方案研究和围岩稳定性分析计算客运专线隧道衬砌及防排水施工关键技术研究》；《武广客运专线无碴轨道施工关键技术研究路基上铺水硬性支承层的施工工艺及主要设备配套研究》；《Rheda2000无碴轨道轨枕铺设工艺与关键设备配套的研究》；《道床板施工工艺及关键设备配套研究》。
第二篇线路轨道第一章无砟轨道铺设第一节双块式无砟轨道武广客运专线轨道施工采用雷达2000 CRTSII型双块式无砟轨道，雷达2000型双块式无砟轨作为无砟轨道诸多轨道类型的一种，它同其他类型无砟轨道相比主要有如下优点：1）埋入长枕优化为短枕，后期浇注混凝土与轨枕之间的裂缝减少；2）对土质路基、桥梁、隧道、道岔区段以及减震要求区段，可以采用统一的结构类型，技术要求，标准相对单一，施工质量容易控制，更适应于高速铁路；3）槽形板的取消，使得轨道混凝土承载层的灌注混凝土的捣固作业质量容易保证；4）两轨枕块之间用钢筋木行梁连接，轨距保持稳定；表面简洁、平整，美观漂亮等。
轨道基础设施具有“四高”的特征，即具有高平顺性，高稳定性，高精度和高标准。
根据正线无砟轨道铺设地点环境，结构上分为路基雷达2000无砟轨道，桥梁雷达2000无砟轨道以及隧道雷达2000无砟轨道。
类型之间设置过渡段并预留沉降缝。
武广客运专线曲线地段超高设置见下表：道床板施工流程如下，其中桥梁上需要使用土工布、横向模板以及模板基条，路基与隧道则不需要。
三种形式的道床板在施工中基本一致。
道床板工艺流程一、路基上双块式无砟轨道路基上Rheda2000无砟轨道由钢轨、扣件、轨枕、道床板和支承层组成，路基上道床板连续浇筑，不设伸缩缝。
支撑层每隔5米设横向假缝，深度为105mm 。
11.1.横向钢筋的运存16.1.水的运输19.1.砂浆制运15.1.混凝土的运输13.1.纵模板运存12.1.横模板的运存10.1.螺杆运存9.1.工具轨、调节器的运存 4.1土工布运存6.1.基条运存进入下一个循环19.填塞螺杆孔18.拆除螺杆调节器、工具轨17.拆除纵向（横向）模板16.混凝土养护15.浇注混凝土14.轨道精调13.安装纵向模板12.安装横向模板11.钢筋绑扎，接地焊接10.轨道粗调，安装螺杆9、铺工具轨，安装螺杆调节器托盘8.散放轨枕7.放置纵向钢筋6.安装横向模板基条5.轨道中线放样4.铺设土工布3.下部结构清洗2.轨枕纵向钢筋的运输存放1、施工准备布设精测网、安装设备道床板采用C40混凝土，宽度2800mm，平均厚度247mm；纵向钢筋采用20根Φ20,横向钢筋每两个轨枕空隙布置1根Φ16钢筋，间距650mm。
第34卷 第6期2010年12月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Jo ur nal of Wuhan U niversity of T echno logy(T ranspo rtation Science &Engineer ing )V ol.34 N o.6D ec.2010武广客专红粘土变形特性及形成机理研究*收稿日期:2010 09 20余敦猛(1983 ):男,硕士生,主要研究领域为路基和边坡工程*国家自然科学基金资助项目(批准号:50778180)、铁道部科技研究开发计划项目(批准号:2005K002 B 2 1)资助余敦猛1) 杨果林2) 方 薇2)(中冶集团武汉勘察研究院有限公司1) 武汉 430080) (中南大学土木建筑学院2) 长沙 410075)1)摘要:对武广客运专线沿线红粘土进行了变形特性研究,结合室内试验,考察了该地区红粘土的应力 应变特性、固结变形特性和胀缩变形特性,发现该地区红粘土具有典型红粘土的超固结性,固而不密、固结反剖面特性,中等压缩性,其膨胀性较小而收缩性较强.讨论了红粘土变形特性的形成机理.关键词:红粘土;固结变形;胀缩变形;形成机理中图法分类号:U 213.1DOI:10.3963/j.issn.1006 2823.2010.06.000红粘土是碳酸盐岩在热带、亚热带湿热气候条件下经过物理、化学风化和红土化作用而形成的一种呈褐红、棕红及黄褐等颜色的高塑性粘土.由于红粘土的特殊性,红粘土地段常常发生诸如路基沉陷和边坡失稳等病害,给人民生命财产和社会经济造成巨大损失.武广客运专线武汉至韶关段分布有长达100km 的红粘土,在修筑路基和开挖边坡时常会遇到一系列红粘土变形方面的问题,因此,对武广客运专线沿线红粘土的变形特性进行研究也就显得十分迫切和必要.本文从红粘土的应力 应变关系、固结变形和胀缩变形3个方面来研究红粘土的变形特性,并讨论了红粘土变形特性的成因,对于如何减小红粘土的变形、确保相关工程的安全顺利进行提出了若干应对措施.1 红粘土的应力 应变特性1.1 红粘土应力 应变关系由图1可知,红粘土的应力 应变关系呈非线性.红粘土的应力 应变曲线陡峭段的应变较小,而对应的应力增幅较大,但随后的平缓段对应的应变较大,而应力增长较小.这表明,在应力作用下,达到结构强度后产生的应变远大于土体挤密所产生的应变,即第二阶段变形远大于第一阶段的变形[1].a)咸宁工点 b)泉口工点图1 红粘土固结排水剪应力 应变曲线1.2 红粘土的体积应变 轴向应变关系由图2可知,红粘土的体积应变 轴向应变关系呈非线性,均有明显的拐点,在起始阶段各围压下红粘土的体积应变 轴向应变曲线基本一致,这说明该红粘土具有相同的初始应力状态,初始变形状态相同.随着围压增大,体积变形也相应增大.各围压下,红粘土在剪切的初始阶段都是剪缩,但过了拐点以后体积变化出现了波动,出现剪胀现象,有的土体体积应变在达到某一固定值后便不再随轴向应变增加而发生变化.在第一阶段变形中,由于红粘土的结构没有破坏,红粘土在剪切过程中不会发生土颗粒的旋转、错动等现象,所以是剪缩的,即图2中拐点之前陡峭段对应的体积应变.在第二阶段的变形中,由于土体结构已经破坏,在受到挤压后,一些土颗粒必须脱离原来的位置,绕过前面的颗粒产生错动滑移,这时土体便可能出现剪胀现象.图2 红粘土的体积应变 轴向应变关系曲线2 红粘土的固结变形特性固结是土的工程性质的一个重要方面,与建筑的稳定和沉降有密切的关系.伴随着固结过程,土体内部的颗粒排列不断调整,粒间的应力不断改变,使土体强度增强.固结变形指标主要是通过压缩曲线反映出来的.根据武广客运专线沿线咸宁和泉口两个工点的试样的固结试验结果,绘制红粘土的e lg p压缩曲线如图3所示.由图3可知,在压缩的初始阶段,即固结压力小于先期固结压力p c时,e lg p 压缩曲线并没有像一般粘性土那样出现直线段.而当固结压力超过先期固结压力p c后,红粘土的压缩曲线(e lg p)呈线性关系.利用双对数法[2],固结压缩曲线则可以很好地用两条直线表示,如图4所示.对应于2条直线交点的应力即为 先期固结压力p c.武广客运专线红粘土固结变形的压缩系数及固结压力等指标分别见表1和2.此外,为了更完整地认识红粘土的剖面特性,表3给出了其含水量、孔隙比和液/塑限随深度的变化关系.a)咸宁工点 b)泉口工点图3 红粘土试样e lg p固结压缩曲线a)咸宁工点 b)泉口工点图4 红粘土ln(1+e)-lg p双对数固结压缩曲线表1 红粘土固结变形的主要指标工点项目压缩系数a v/M Pa-1压缩模量E s/M Pa体积压缩系数m v/M P a-1压缩指数C c咸宁最大值0.3827.030.2150.272最小值0.12 4.650.0370.051平均值0.2614.820.0670.141泉口最大值0.2927.280.0950.259最小值0.1110.530.0370.046平均值0.2215.680.0640.137表2 红粘土先期固结压力及超固结比工点取土深度H/m先期固结压力p c/kP a上覆土层压力p0/kPa超固结比O CR咸宁3.5~3.7320744.325.3~5.5310110 2.806.4~6.6290132 2.209.4~9.6280192 1.5410.4~10.6274212 1.29 12.4~12.6262252 1.04泉口3.7~3.9370784.745.3~5.5360110 3.276.4~6.6340132 2.589.4~9.6324192 1.6910.3~10.5312210 1.4912.3~12.5308230 1.34 !1256!武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2010年 第34卷表3 红粘土各指标的剖面分布特征深度/m 咸 宁 泉 口 含水量/%孔隙比液/塑限(%)含水量/%孔隙比液/塑限(%)3~427.400.75457.5/24.332.000.83240.5/26.3 4~528.220.78358.8/28.632.430.84041.4/25.2 6~729.630.81361.8/30.032.900.85541.2/25.3 9~1032.400.89066.5/25.833.470.87640.3/24.3 10~1135.240.94865.9/34.733.920.91440.2/20.7 12~1337.330.99866.9/28.038.690.96539.2/21.4试验研究发现:(1)红粘土的先期固结压力大,原状土的p c值在262~370kPa之间,且远大于上覆土层的自重压力.固结试验证实了红粘土是超固结性土;(2)固而不密和反剖面特征.固而不密特征是指红粘土是超固结性的,但其孔隙比又较大.2个工点试验的红粘土的先期固结压力p c及超固结比OCR随剖面向下有规律的递减,即 固结反剖面特征,而且这种 反向具有突变性.此外,表3表明孔隙比随着埋深的增加而增大,这也是与一般粘土相反的.反剖面特征有力地说明了红粘土 上硬下软的工程特性.(3)由表1可知,红粘土的压缩系数平均值在0.22~0.26 M Pa-1之间,为中等压缩性土.压缩指数平均值在0.137~0.141之间,高于老粘性土.单从红粘土的压缩变形参数来看,并不能表明他与其他土类有多大的不同,但若与其高孔隙性、高液限、高塑性等对应起来看,红粘土就具有自身特有的变形特征,即在很高的孔隙比下具有中压缩性特征.3 红粘土的胀缩变形特性3.1 红粘土胀缩特性红粘土的胀缩参数指标平均值见表4所列.两个工点红粘土的无荷膨胀率均在2.5%以下,自由膨胀率也都小于40%,膨胀性不大.红粘土的膨胀力小于22kPa,由于实际工程中路基土体承受的荷载一般都大于22kPa,故其膨胀对工程破坏较小.此外,红粘土的体缩率大于18.40%,线缩率大于1.46%,收缩系数在0.28~0.35之间,缩限在16.90~17.00之间.表4 红粘土的胀缩变形参数工点自由膨胀率F s/%无荷膨胀率V H/%膨胀力/kPa线缩率/%体缩率/%收缩系数缩限/%咸宁38.63 2.3021.76 1.4618.400.3516.90泉口33.18 2.5021.16 2.2818.740.2817.00如果按膨胀指标给红粘土分类(自由膨胀率小于40%为非膨胀土),那么2个工点的红粘土均不是膨胀土.但如果按收缩指标划分(体缩率在16%~23%属于中等膨胀土),那么又都属于中等膨胀土的范畴.因此红粘土具有特殊的胀缩特点,即:虽然其膨胀性微弱,但有着较强的收缩性. 3.2 红粘土胀缩变形的时程特性如图5,红粘土的膨胀变形曲线可以分为3个阶段:(1)直线匀速膨胀阶段.这个阶段持续时间较短,但变形量较大,约占整个膨胀变形量的70%,实际工程中红粘土吸水变形也主要发生在这个时间段内;(2)外凸弧线减速膨胀阶段.这一阶段的膨胀变形中,外凸弧线的曲率明显增大,膨胀速率变缓,但这一阶段的膨胀持续时间明显增长.相比直线剧烈膨胀阶段,这一阶段的膨胀量比较小,约占整个膨胀变形量的25%左右;(3)直线缓慢膨胀阶段.这一阶段的膨胀曲线近似水平直线,膨胀变形量非常小,占整个膨胀变形量的5%以内,但这一阶段的持续时间非常长,占整个膨胀时间的一半以上.第一阶段膨胀变形发生在浸水表面,吸力较大,吸水较快,膨胀速率较高;随着水分由于毛细作用深入土体内部,土水交界面面积扩大,土体开始完全膨胀,进入第二阶段外凸弧线减速膨胀阶段;随着土体水分的增加,土体内吸力逐渐降低,吸水速度减小,土体的膨胀速率也降低;进入直线缓慢膨胀阶段,直至土体完全吸水饱和,土体膨胀变形达到稳定.需要说明的是,以上三个阶段间的界限不是绝对的,而是为了方便描图5 红粘土的胀缩时程曲线!1257!第6期余敦猛,等:武广客专红粘土变形特性及形成机理研究述红粘土浸水条件下的膨胀变形时程特性而人为划分的.红粘土的收缩变形同样分为3个阶段:(1)直线匀速收缩阶段.此阶段的长短与土样中粘粒含量多少、制备含水量大小以及水分蒸发散失条件有关,一般持续12h左右;(2)外凸弧线减速收缩阶段,随着含水量的减少,土体收缩速度减缓;(3)直线缓慢收缩阶段,含水量继续减少,土体不再收缩或收缩甚微.各个阶段的收缩速度及收缩量不同,在直线等速收缩阶段和外凸弧线减速收缩阶段内所发生的收缩量占总收缩量的95%以上,而在直线缓慢收缩阶段收缩量很小,通常小于5%.直线等速收缩阶段收缩较快,此时收缩量 e s l与蒸发失水量 W sl成正比( e s l/ W∀1),呈直线段.随时间增加土中水分逐渐减少,土粒外围水膜逐渐变薄,粒间距减小,土粒间联结因此逐渐增强,收缩随时间而减慢( e s l/ W<1).即呈向下凹的曲线状.随着时间的增加,土中的水分仍然在减少,但因土中水分很少,粒间距离很近,土粒联结较强,其减少的水量不足以使土的体积收缩,此时 e sl/ W∀0,故曲线接近水平状.不难发现,红粘土的膨胀、收缩变形曲线的整体特征具有明显的相似性:(1)膨胀变形曲线、收缩变形曲线的总体变化趋势是一致的,随着时间的增大,膨胀量和收缩量都在增大;(2)膨胀、收缩过程具有相似的三个阶段划分,都经历了斜直线#弧线#平直线的变化阶段,但两个过程的各阶段持续时间及所发生的变形量有很大差异,红粘土吸水膨胀至稳定速度明显要比其失水收缩要快.4 红粘土变形特性形成机理的讨论4.1 关于红粘土的先期固结应力及其超固结性传统观点认为先期固结压力是由土体的自重应力引起,也就是说,土的固结程度取决于土体历史上曾经有过的埋深.通常情况下,由于土体自重作用,随着埋深的增加,密度会增加、压缩性减小;先期固结压力增大,固结程度也会越好.绝大多数正常沉积的土体都遵循这一基本规律,尤其是粒间不存在联结的砂类土,先期固结压力来自上覆土体自重,其随埋深增加而增大,与压缩性和孔隙比减小等有着良好的对应关系.然而,室内试验表明红粘土却并非如此,而是呈现出随着埋深的增加,土的先期固结压力和超固结比减小、固结性变差的特征,即 反剖面特性,它与红粘土的物理性质和状态指标随深度增加而变差、变软的规律相一致.红粘土的先期固结压力大,甚至超过了上覆土体自重的数倍;此外,随着深度的增加,红粘土先期固结压力反而有规律地减小,由此可推知造成红粘土先期固结压力的因素具有随深度增加而减弱的规律,这是由红土化作用决定的,而非重力因素所致.红土化作用是一个特殊而复杂的演变过程.简单来说,就是在干湿交替明显的气候条件下,土中难溶的氧化铁、铝、硅等物质连续不断溶滤、聚集、胶化、陈化,把松散的土粒胶结起来,并通过氧化铁对土进行染色作用的过程.在这一过程中逐渐形成抗水性好,力学强度较高的胶结物,使疏松多孔的土粒得以连接成整体,从而具有较好的力学性能.红土化作用的程度主要取决于气候、埋深和作用时间.离地表越深,越不易受大气干湿交替的影响,红土化作用也就越弱.因此,游离氧化铁的含量也是沿垂直剖面由上到下逐渐减少的.随着氧化铁的含量的减少,其对红粘土的胶结就越来越弱,红粘土的结构强度就越来越小,由此引起的先期固结压力也就越来越小.红粘土的固结的本质是其结构强度、力学性能加强的过程和结果,包括物理固结和化学固结[3 4].由此可见,红粘土的先期固结压力与传统定义中的从应力历史角度出发的先期固结压力有着本质的区别.就像前苏联学者杰尼索夫指出的那样,压密只是土颗粒的间距及位置的改变,并没有涉及到质变.而固结作用是物理化学、化学、生物化学作用.当土颗粒在新的位置达到平衡状态后,压密作用就结束了,而固结作用远没有结速.固结作用直到土固化成岩石后才逐渐停止[5].由应力历史引起的固结仅仅是物理压密过程,而红粘土的先期固结压力是在特殊的成土过程中形成的,其真正的含义是红粘土微观结构强度的宏观反映,它表征着结构的屈服强度,而不是上覆压力历史的记录.4.2 关于红粘土的微观结构红粘土的微观结构特征分为2个层次,相对应的,也有两个层次的孔隙,一个是粒团内部的细小孔隙;另一个层次的孔隙是粒团之间的较大孔隙.贵州大学廖义玲教授曾根据扫描电镜观察和压汞试验认为,粒团内的孔隙极其发育,约占孔隙总体积的3/4以上,呈封闭或半封闭状,受压力作用后,孔隙的数量变化不大,属于受力后具有 惰!1258!武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2010年 第34卷性 的孔隙;粒团之间的孔隙多呈菱形、狭长型或不规则形,受力后这类孔隙数量大幅减少,是活性孔隙.粒团内部连结是牢固的、水稳性的连结,具有一定的刚性,所以内部孔隙在常压下不会有很大变化.在外部荷载的作用下,红粘土体积变化的主要因素是粒团之间的孔隙减少,而粒团之间的孔隙仅占孔隙体积总体积的四分之一,故其压缩性小.所以,红粘土具有高孔隙性却是低压缩性土,其最根本原因是红粘土本身微观成分和结构所决定的.5 结 论1)红粘土的应力 应变关系呈非线性.曲线陡峭段的应变较小,而对应的应力增幅较大,但平缓段对应的应变较大,而应力增长较小.在应力作用下,先是土体挤密产生应变,接着是土体结构被破坏而产生变形,其中第二阶段变形远大于第一阶段的变形.在第一阶段变形中,红粘土是剪缩的;在第二阶段的变形中,可能出现剪胀现象.2)武广客运专线红粘土具有超固结性、固而不密的特性.在孔隙比很高的同时具有中等压缩性.固结反剖面特征明显.剖面上部先期固结压力较大,超固结比较大,固结程度好;下部超固结比小,固结程度差,呈现出上硬下软的特性.红粘土虽然含水量高,孔隙比大,但承载力较好,是一种良好的天然地基土.3)武广客运专线红粘土按膨胀性来划分,它不属于膨胀土;从收缩性来看则又属中等膨胀土,即以缩为主,缩大于胀.红粘土的膨胀、收缩曲线具有明显的相似性,膨胀、收缩过程都经历了从斜直线#弧线#平直线的变化过程,但两个过程的各阶段持续时间及所发生的变形量有很大差异,吸水膨胀明显要比失水收缩快得多.参考文献[1]姜其岩,余培厚,郭 沛,等.红粘土力学强度特性的形成及分析[J].贵州工学院学报,1991,20(2):221 43.[2]李广信.高等土力学[M ].北京:清华大学出版社,2004.[3]廖义玲,毕庆涛.关于红粘土先期固结压力的探讨[J].岩土力学,2006,27(11):1931 1934.[4]韦时宏,廖义玲.黔中地区红粘土的超固结性及低密实度和变形特征[J].贵州工业大学学报:自然科学版,2006,35(4):9 12.[5]杰尼索夫.粘性土的工程性质[M ].盛崇文,译.北京:水利电力出版社,1960.Study on Deformation Characteristics and Formation M echanismof Red Clay along W uhan Guang zhou Passenger LineYu Dunmeng 1) Yang Guolin 2) Fang Wei 2)(Wuhan Sur vey ing Getechnical Research I nstitute of China M etallur gicalGr oup cor p oration,Wuhan 430080,China)1)(Civil and A r chitectur al E ngineer ing ,Centr al South Univer sity ,Changsha 410075,China)2)Abstract :Deform ation char acteristics o f red clay along Wuhan Guangzhou passeng er line w as studied based on larg e amount of laborato ry exper im ents.And stress strain relatio n,co nsolidation and sw ell shrinking deform ation char acteristics w ere researched,finally it's found that red clay in this area w as o ver consolidated w ith high porosity.Besides,it w as of middle com pressibility,low ex pansibility,hig h shrinkage,and it had reversed profile pr operties.For mation mechanism w as then discussed.Key words :r ed clay ;conso lidation;sw ell shrinking defor mation;fo rmation mechanism!1259! 第6期余敦猛,等:武广客专红粘土变形特性及形成机理研究。
武广客运专线原状红粘土强度和变形特性试验研究的开题报告（这是一份虚构的开题报告）一、选题背景武广客运专线是我国第一条运行时速达到350公里的高速铁路，穿越湖南、湖北、河南三个省份，全长1151公里。
工程中红粘土地质条件复杂，尤其是在湖南省境内，红粘土层厚度较大，对建筑物和路基稳定性造成很大的影响。
为了确保工程质量，需要对红粘土的强度和变形特性进行深入的研究和分析。
二、研究目标本研究旨在探究武广客运专线红粘土的强度和变形特性，为工程建设提供科学依据。
具体研究目标如下：1. 通过野外取样及室内试验，确定武广客运专线红粘土的物理性质及力学性质。
2. 利用试验数据，对武广客运专线道路基础红粘土的强度和变形特性进行深入分析并提出合理建议。
三、研究内容1.红粘土的物理性质试验通过野外取样、室内试验确定红粘土的质量、干密度、水分含量和粒度分布等物理性质。
2.红粘土的力学性质试验包括单轴压缩试验、剪切试验、固结与膨胀试验和单向渗透试验等，以获得红粘土的强度、刚度、压缩变形和渗透能力等力学特性。
3.红粘土的分析及建议根据试验结果，对红粘土的强度和变形特性进行分析，提出相应的建议，为工程建设提供科学依据。
四、研究方法本研究采用室内试验和野外取样相结合的方法对红粘土的力学特性、物理特性进行测试和分析，并结合实际工程情况对测试结果进行合理的解释和建议。
五、研究计划本课题的研究拟在4个月内完成，具体时间安排如下：第一阶段：研究准备（1个月）1. 综合查找相关文献，确定研究的方向和目标；2. 野外取样，准备试验材料。
第二阶段：试验测试（2个月）1. 进行红粘土的力学性质试验和物理性质试验；2. 分析试验数据，评估结果。
第三阶段：结果分析与总结（1个月）1. 对试验结果进行分析，建立数学模型并进行数据处理；2. 撰写试验报告和学术论文。
六、预期成果研究完成后，将得到红粘土物理性质和力学性质的详细数据及其分析报告，并进一步提出红粘土在工程中的应用建议。
