描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030712882
内容简介
红层软岩地区的高速铁路深路堑路基持续上拱变形是近年来我国高速铁路建设和运营维护遇到的新问题。本书以成渝客运专线内江北站为依托，通过大量的红层砂泥岩物理力学性能试验、理论分析和数值模拟，在总结红层软岩时效性膨胀和蠕变特征的基础上，结合深路堑开挖过程，揭示路基长期持续上拱变形的内在机理，并初步建立路基时效性上拱变形理论模型，提出一种新型弧形桩板结构以有效控制路基上拱变形。系统介绍了红层软岩区深路堑路基长期上拱变形问题的研究思路、研究方法、研究内容和研究成果，以及论证提出的处治新理念与新方法。
目 录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 红层软岩及其工程问题 1
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 红层软岩地层结构特征研究 3
1.2.2 红层软岩矿物成分及其特性研究 3
1.2.3 红层软岩膨胀变形特性研究 4
1.2.4 红层软岩流变特性研究 6
1.2.5 红层软岩时效性损伤机理研究 8
1.2.6 深路堑开挖岩体应力场分异及松弛区特征研究 9
1.2.7 路基变形治理技术研究 11
1.2.8 研究现状总结 11
1.3 本书研究内容 12
第2章 成渝客运专线内江北站路基上拱病害概况 14
2.1 问题概述 14
2.2 工程地质及水文地质 16
2.2.1 工程地质概况 16
2.2.2 地层岩性及地质现象 20
2.2.3 钻孔地质情况分析 23
2.2.4 地表及地下水发育特征 29
2.3 路基上拱变形的时空规律 31
2.3.1 路堑开挖深度影响分析 31
2.3.2 路基上拱变形发展规律 33
2.4 本章小结 35
第3章 红层软岩膨胀特性研究 37
3.1 概述 37
3.2 岩样制备 38
3.3 常规单轴及三轴压缩特征 39
3.4 含水率对泥岩单轴抗压性能的影响 44
3.4.1 试验设计 44
3.4.2 试验结果及分析 45
3.5 红层软岩常规膨胀性研究 47
3.5.1 膨胀岩判定 47
3.5.2 内江北站岩石膨胀性试验结果分析 50
3.5.3 黏土矿物的XRD分析 56
3.6 原状岩样时效性膨胀变形试验设计 61
3.7 红层泥岩时效性膨胀变形模型 64
3.8 影响红层泥岩时效膨胀变形的因素分析 68
3.8.1 吸水率对膨胀变形的影响 68
3.8.2 结构特征对膨胀变形的影响 70
3.8.3 侧向约束对膨胀变形的影响 72
3.9 红层软岩干湿循环下胀缩变形试验 73
3.9.1 试验设计 73
3.9.2 干湿循环变形特征 76
3.9.3 多级干湿循环变形特征 78
3.10 红层软岩时效膨胀变形特性的讨论 92
3.11 本章小结 93
第4章 复杂水-力环境下红层砂泥岩蠕变特性研究 96
4.1 概述 96
4.2 岩石流变模型 97
4.2.1 经验模型 97
4.2.2 元件组合模型 97
4.2.3 Burgers模型 102
4.2.4 流变参数识别与算法 104
4.3 试验设计 105
4.3.1 蠕变试验装置研制 105
4.3.2 红层泥岩蠕变试验设计 107
4.4 侧限单轴加卸载蠕变特性 108
4.4.1 加载蠕变特性 108
4.4.2 卸载蠕变特性 113
4.5 侧限水-力耦合蠕变特性 115
4.6 侧限水-力耦合蠕变试验结果对比分析 118
4.7 空气湿度对红层泥岩蠕变特征的影响 120
4.8 含水率对泥岩循环加卸载蠕变特性的影响 122
4.8.1 全过程加卸载蠕变特征 124
4.8.2 含水率对加卸载蠕变特性的影响 125
4.8.3 流变模型与参数识别 127
4.9 泥岩非线性蠕变模型及参数识别 136
4.9.1 考虑含水损伤效应的非线性蠕变模型 136
4.9.2 考虑流变力学参数时间效应的非线性蠕变模型 139
4.9.3 改进的Burgers非线性蠕变模型 141
4.9.4 蠕变模型的参数识别 142
4.10 多级卸载-干湿循环耦合蠕变特征 149
4.11 深路堑路基上拱变形机理初步分析 151
第5章 红层软岩深挖路堑地基变形理论研究 155
5.1 深路堑场地应力环境分析 155
5.2 深路堑边坡与地基地应力特征分析 156
5.3 红层软岩路基分层变形机理模型 160
5.4 红层软岩地基长期变形计算理论 164
5.5 深路堑应力场时空演化分析 165
5.6 地基分层变形计算方法 168
5.6.1 C1层岩体变形计算 168
5.6.2 C2层岩体变形计算 169
5.6.3 C3和C4层岩体变形计算 170
5.6.4 地基总变形计算 170
5.7 理论模型的简化应用 171
5.8 内江北站路基长期变形分析与预测 173
5.8.1 基底水平应力时空演化特征 173
5.8.2 内江北站地基蠕变模型 174
5.8.3 路基时效性变形趋势预测 177
5.9 基于流变的红层软岩路基时效变形预测方法 179
5.10 本章小结 181
第6章 红层软岩深挖路堑长期变形数值模拟研究 183
6.1 引言 183
6.2 数值模型建立 184
6.3 计算结果及对比分析 186
6.3.1 弹塑性变形分析 186
6.3.2 蠕变变形分析 190
6.3.3 蠕变扰动区分析 192
6.4 本章小结 194
第7章 砂岩夹层对深路堑长期变形影响的数值模拟研究 195
7.1 引言 195
7.2 数值模型建立 195
7.3 岩体弹塑性变形特征 197
7.3.1 纯泥岩层路基变形特征 197
7.3.2 水平砂岩夹层路基变形特征 199
7.4 岩体流变变形特征 201
7.4.1 水平砂岩夹层路基流变特征 201
7.4.2 纯泥岩层路基流变特性 205
7.5 弹塑性及流变变形对比分析 208
7.6 本章小结 210
第8章 弧形桩板结构路基上拱变形控制理论分析 212
8.1 桩板结构形式及加固机理 212
8.1.1 桩板结构形式 212
8.1.2 路基结构加固机理 215
8.2 稳定边坡的桩板结构受力分析 216
8.2.1 模型结构概化 216
8.2.2 弧形承载板受力分析 217
8.2.3 抗力桩受力分析 218
8.3 欠稳定边坡的桩板结构受力分析 220
8.3.1 模型结构概化 220
8.3.2 承载板-悬臂段联合受力分析 221
8.4 算例分析 223
8.5 本章小结 226
第9章 弧形桩板结构路基时效性变形控制特征分析 227
9.1 工程概况 227
9.2 模型建立 229
9.3 弹塑性计算结果分析 230
9.3.1 弹塑性变形分析 230
9.3.2 应力场分析 235
9.4 流变计算结果分析 238
9.4.1 流变应力和位移场分析 238
9.4.2 边坡流变稳定性分析 242
9.4.3 路基时效变形 244
9.5 路基弹塑性及长期变形特征小结 246
9.6 弧形桩板结构变形控制效果分析 247
9.6.1 数值模型建立 247
9.6.2 加固后路基时效变形分析 249
9.6.3 弧形桩板结构变形和内力分析 253
9.7 弧形桩板结构几何参数影响分析 259
9.8 本章小结 262
第10章 红层软岩深路堑路基时效性上拱变形机理 264
10.1 路基时效性上拱变形机理总结 264
10.2 高速铁路深挖路堑路基上拱病害风险分析初探 268
10.3 高速铁路无砟轨道上拱变形调节结构 270
10.4 讨论 272
参考文献 274
彩图
前言
第1章 绪论 1
1.1 红层软岩及其工程问题 1
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 红层软岩地层结构特征研究 3
1.2.2 红层软岩矿物成分及其特性研究 3
1.2.3 红层软岩膨胀变形特性研究 4
1.2.4 红层软岩流变特性研究 6
1.2.5 红层软岩时效性损伤机理研究 8
1.2.6 深路堑开挖岩体应力场分异及松弛区特征研究 9
1.2.7 路基变形治理技术研究 11
1.2.8 研究现状总结 11
1.3 本书研究内容 12
第2章 成渝客运专线内江北站路基上拱病害概况 14
2.1 问题概述 14
2.2 工程地质及水文地质 16
2.2.1 工程地质概况 16
2.2.2 地层岩性及地质现象 20
2.2.3 钻孔地质情况分析 23
2.2.4 地表及地下水发育特征 29
2.3 路基上拱变形的时空规律 31
2.3.1 路堑开挖深度影响分析 31
2.3.2 路基上拱变形发展规律 33
2.4 本章小结 35
第3章 红层软岩膨胀特性研究 37
3.1 概述 37
3.2 岩样制备 38
3.3 常规单轴及三轴压缩特征 39
3.4 含水率对泥岩单轴抗压性能的影响 44
3.4.1 试验设计 44
3.4.2 试验结果及分析 45
3.5 红层软岩常规膨胀性研究 47
3.5.1 膨胀岩判定 47
3.5.2 内江北站岩石膨胀性试验结果分析 50
3.5.3 黏土矿物的XRD分析 56
3.6 原状岩样时效性膨胀变形试验设计 61
3.7 红层泥岩时效性膨胀变形模型 64
3.8 影响红层泥岩时效膨胀变形的因素分析 68
3.8.1 吸水率对膨胀变形的影响 68
3.8.2 结构特征对膨胀变形的影响 70
3.8.3 侧向约束对膨胀变形的影响 72
3.9 红层软岩干湿循环下胀缩变形试验 73
3.9.1 试验设计 73
3.9.2 干湿循环变形特征 76
3.9.3 多级干湿循环变形特征 78
3.10 红层软岩时效膨胀变形特性的讨论 92
3.11 本章小结 93
第4章 复杂水-力环境下红层砂泥岩蠕变特性研究 96
4.1 概述 96
4.2 岩石流变模型 97
4.2.1 经验模型 97
4.2.2 元件组合模型 97
4.2.3 Burgers模型 102
4.2.4 流变参数识别与算法 104
4.3 试验设计 105
4.3.1 蠕变试验装置研制 105
4.3.2 红层泥岩蠕变试验设计 107
4.4 侧限单轴加卸载蠕变特性 108
4.4.1 加载蠕变特性 108
4.4.2 卸载蠕变特性 113
4.5 侧限水-力耦合蠕变特性 115
4.6 侧限水-力耦合蠕变试验结果对比分析 118
4.7 空气湿度对红层泥岩蠕变特征的影响 120
4.8 含水率对泥岩循环加卸载蠕变特性的影响 122
4.8.1 全过程加卸载蠕变特征 124
4.8.2 含水率对加卸载蠕变特性的影响 125
4.8.3 流变模型与参数识别 127
4.9 泥岩非线性蠕变模型及参数识别 136
4.9.1 考虑含水损伤效应的非线性蠕变模型 136
4.9.2 考虑流变力学参数时间效应的非线性蠕变模型 139
4.9.3 改进的Burgers非线性蠕变模型 141
4.9.4 蠕变模型的参数识别 142
4.10 多级卸载-干湿循环耦合蠕变特征 149
4.11 深路堑路基上拱变形机理初步分析 151
第5章 红层软岩深挖路堑地基变形理论研究 155
5.1 深路堑场地应力环境分析 155
5.2 深路堑边坡与地基地应力特征分析 156
5.3 红层软岩路基分层变形机理模型 160
5.4 红层软岩地基长期变形计算理论 164
5.5 深路堑应力场时空演化分析 165
5.6 地基分层变形计算方法 168
5.6.1 C1层岩体变形计算 168
5.6.2 C2层岩体变形计算 169
5.6.3 C3和C4层岩体变形计算 170
5.6.4 地基总变形计算 170
5.7 理论模型的简化应用 171
5.8 内江北站路基长期变形分析与预测 173
5.8.1 基底水平应力时空演化特征 173
5.8.2 内江北站地基蠕变模型 174
5.8.3 路基时效性变形趋势预测 177
5.9 基于流变的红层软岩路基时效变形预测方法 179
5.10 本章小结 181
第6章 红层软岩深挖路堑长期变形数值模拟研究 183
6.1 引言 183
6.2 数值模型建立 184
6.3 计算结果及对比分析 186
6.3.1 弹塑性变形分析 186
6.3.2 蠕变变形分析 190
6.3.3 蠕变扰动区分析 192
6.4 本章小结 194
第7章 砂岩夹层对深路堑长期变形影响的数值模拟研究 195
7.1 引言 195
7.2 数值模型建立 195
7.3 岩体弹塑性变形特征 197
7.3.1 纯泥岩层路基变形特征 197
7.3.2 水平砂岩夹层路基变形特征 199
7.4 岩体流变变形特征 201
7.4.1 水平砂岩夹层路基流变特征 201
7.4.2 纯泥岩层路基流变特性 205
7.5 弹塑性及流变变形对比分析 208
7.6 本章小结 210
第8章 弧形桩板结构路基上拱变形控制理论分析 212
8.1 桩板结构形式及加固机理 212
8.1.1 桩板结构形式 212
8.1.2 路基结构加固机理 215
8.2 稳定边坡的桩板结构受力分析 216
8.2.1 模型结构概化 216
8.2.2 弧形承载板受力分析 217
8.2.3 抗力桩受力分析 218
8.3 欠稳定边坡的桩板结构受力分析 220
8.3.1 模型结构概化 220
8.3.2 承载板-悬臂段联合受力分析 221
8.4 算例分析 223
8.5 本章小结 226
第9章 弧形桩板结构路基时效性变形控制特征分析 227
9.1 工程概况 227
9.2 模型建立 229
9.3 弹塑性计算结果分析 230
9.3.1 弹塑性变形分析 230
9.3.2 应力场分析 235
9.4 流变计算结果分析 238
9.4.1 流变应力和位移场分析 238
9.4.2 边坡流变稳定性分析 242
9.4.3 路基时效变形 244
9.5 路基弹塑性及长期变形特征小结 246
9.6 弧形桩板结构变形控制效果分析 247
9.6.1 数值模型建立 247
9.6.2 加固后路基时效变形分析 249
9.6.3 弧形桩板结构变形和内力分析 253
9.7 弧形桩板结构几何参数影响分析 259
9.8 本章小结 262
第10章 红层软岩深路堑路基时效性上拱变形机理 264
10.1 路基时效性上拱变形机理总结 264
10.2 高速铁路深挖路堑路基上拱病害风险分析初探 268
10.3 高速铁路无砟轨道上拱变形调节结构 270
10.4 讨论 272
参考文献 274
彩图
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