岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (8): 2259-2268.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1966

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川藏铁路红层改良路基填料压缩试验 与颗粒流模拟研究

徐华1,周廷宇1,王歆宇2,张杰3,张小波1,刘雨辰1   

  1. 1. 西南交通大学 土木学院,四川 成都 610031;2. 中铁二院工程集团有限责任公司,四川 成都 610031; 3. 中建三局集团有限公司,湖北 武汉 430070
  • 收稿日期:2020-12-31 修回日期:2021-04-04 出版日期:2021-08-11 发布日期:2021-08-16
  • 作者简介:徐华,男,1979年生,博士,副教授,主要从事岩土与隧道工程方面研究。
  • 基金资助:
    “十三五”国家重点研发计划(No. 2016YFB1200401-102D)

Compression test and numerical simulation research on improved red beds subgrade fillers in Sichuan-Tibet Railway

XU Hua1, ZHOU Ting-yu1, WANG Xin-yu2, ZHANG Jie3, ZHANG Xiao-bo1, LIU Yu-chen1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan 610031, China; 2. China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd., Chengdu, Sichuan 610031, China; 3. China Construction Third Engineering Bureau Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430070, China
  • Received:2020-12-31 Revised:2021-04-04 Online:2021-08-11 Published:2021-08-16
  • Supported by:
    This work was supported by the “13th Five-Year” National Key Research and Development Program of China(2016YFB1200401-102D).

摘要: 红层在我国云贵川地区以及东南亚一带分布极为广泛,具有风化剥蚀严重、遇水易软化等工程特点,不宜直接作为路基填料。依托川藏铁路成雅(成都-雅安)段红层路基改良工程,将弱风化泥岩碎石按比例掺入红层黏土以改善其颗粒级配及密实程度。通过现场取样及室内试验获得了红层改良填料应力-应变曲线;改进了基于椭球表面形态的多面体构造法,提出了一种随机构造具有凹凸多面体形状的碎石几何模型,通过建立PFC3D压缩几何模型,研究红层改良填料不同类型的强接触力链在加载全过程时的占比情况及在峰值强度时概率密度分布规律,解释了影响红层改良填料强度的内在机制。研究表明:含石量为50%的红层改良填料力学及变形特性最好,无侧限抗压强度可达421.9 kPa,碎石与碎石的咬合接触最好,红层黏土相互黏结作为弱力链起辅助填充作用,体系内能形成有效的超强力链,支撑体系承受荷载作用;不同掺石量比例的红层改良填料力学特性优劣顺序为:50%>40%>60%;推荐在对川藏铁路红层黏土改良时掺入50%的弱风化泥岩级配碎石作为路基填料。

关键词: 川藏铁路, 红层, 土石混合体, 颗粒流, 碎石形状

Abstract: The red beds are widely distributed in Yunnan, Guizhou, Sichuan of China and Southeast Asia. This material is not suitable as subgrade filling due to seriously weathering and its softening characteristic after absorbing water. In the project of the section between Chengdu and Ya'an of Sichuan-Tibet Railway, the graded weakly weathered red-mudstone gravel was added to red beds subgrade fillers with specific proportion to improve size distribution and compactness of the material. The stress-strain characterization of improved red beds subgrade fillings has been obtained from laboratory test. A method of randomly generating gravel geometry model with concave convex polyhedron shape has been proposed. Based on the numerical compression model established by PFC3D, the proportion of different strong force chains during loading and probability density distribution at the peak intensity have been studied. The results show that the improved red beds subgrade fillings with the stone content of 50% performs better mechanically with good deformation characteristics, and its unconfined compressive strength is 421.9 kPa. The gravels form super chains easily by friction under bond strength of red clay and that strengthens the system. The mechanical properties degree of improved red beds subgrade fillers follows the order of the stone content 50%> 40%> 60%. Therefore, it is recommended that weakly weathered red-mudstone gravel with stone content of 50% should be added to the red beds as the subgrade fillings of Sichuan-Tibet Railway.

Key words: Sichuan-Tibet Railway, red beds, soil-rock mixture, particle flow code (PFC), rock block shape

中图分类号: 

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