铁路基土特点试验探析

本文作者：王立军 程远水 吕宾林 单位：中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所

1既有线路基冲刷能力研究概况

既有铁路线路路肩及边坡冲刷是常见的铁路病害之一［1］。由于所采用的填料土体性质、压实程度和降水情况不同，各条线路路基的冲刷程度各不相同。轻微的冲刷不会使路基性能降低，比较严重的冲刷则会影响路基稳定性。为了研究路肩及路基边坡土体在降雨时的抗冲刷能力，确保路基的整体稳定性，首先对现场路基的冲刷情况进行调研，分析冲刷的形式及程度;现场取土进行室内湿化试验，分析不同土体在不同压实度下的崩解性状，确定土体性质和压实度对冲刷的影响程度;为了更接近实际情况，考虑雨水流动时对土的剪切情况，对典型试样加以扰动，对比有扰动时的湿化试验与常规湿化试验的区别，并模拟降雨作用对试验结果进行验证。

2路基冲刷现场土性试验对某既有线进行现场冲刷情况调研发现，里程K59+370，K59+620，K59+670，K232+800，K237+200和K237+853处冲刷情况如图1所示。冲刷轻微处边坡表面土体颗粒有所松动、流失，但未形成水槽或水沟;冲刷严重处坡面自上而下形成水槽，水槽越大冲刷越严重，填料流失越多，路基稳定性就越差。冲刷轻微处路基能维持边坡形状，填料流失少，能保持路基的稳定性，而冲刷严重处的水槽是由降雨时的流水将填料冲走，随着降雨的持续，水槽将越来越大，直接影响路基的稳定。所以现场路基填料在雨水中的崩解性能，尤其是抵抗流水作用的性能是路基稳定的关键。从以上现场冲刷处取土对土的基本性质进行分析，通过颗粒分析、击实试验和液塑限试验所得土的基本性质见表1。土体主要分为粉黏土和砂黏土［2］。

3无扰动湿化试验与结果分析

3.1试验及分析方法

在现场调研的6个工点取土进行室内湿化试验，本试验所用试样为边长5cm的正方体。首先将现场取的土进行击实试验，取得不同土体的最大干密度与最优含水率，然后将土体配成最优含水率，分别击成归纳以上6处不同性质的土体，砂黏土要比粉黏土的抗冲刷能力强。

3.2土性对湿化性能的影响不同压实度下土体质量比随时间变化曲线如图2～图4所示。在不同压实度下反映出的不同取土点的土体抗冲刷能力基本保持一致。K237+200处砂黏土抗冲刷能力最强，在水中历时最长;其次是K237+853处砂黏土，崩解时间较其它4种土体时间稍长，但在崩解到一定程度时会发生突然倒塌;与其它土体相比，K59+620处粉黏土在不同压实度下表现出来的抗冲刷能力不一样，压实度越大，其抗冲刷能力增长越快，这说明压实度对其抗冲刷能力的影响要比其它土体大;K59+670处粉黏土与K232+800处粉黏土在95%压实度下抗冲刷能力相似，但随着压实度的降低，K59+670处粉黏土抗冲刷能力有所降低;K59+370处粉黏土几乎每个压实度下曲线斜率都是最大的，崩解时间最短，其抗冲刷能力最弱。处土体分别在85%、90%和95%压实度下的湿化性能进行统计，每种土在不同压实度下质量比g/G随时间变化曲线见图5。不同土体随着压实度的增大其抗冲刷能力都有不同程度的提高。虽然不同压实度下g/G最终保持在接近0.2，但随着压实度的提高，土体在水中历时更长，曲线斜率较缓。从整体上讲，95%与90%压实度之间的崩解时间之差要小于90%与85%压实度之间的时间差，尤其对于砂黏土，90%与95%压实度的试样同时达到完全崩解。K59+370、K59+670、K232+800及K237+200处试样质量变化比较均匀，连续性很好，试样是逐渐被侵蚀直到破坏。而K59+620处及K237+853处试样崩解到一定程度都会发生突然崩塌。

3.3压实度对湿化性能的影响相同土体不同压实度下崩解特性不同［3-5］。对685%，90%和95%压实度，将

试样放入水中，试样在水中崩解，质量逐渐减少。由于相同压实度下不同试样质量不同，为了更好地对比其抗冲刷能力，对质量做归一化处理，绘制质量比g/G(g为一定冲刷时间后的质量，G为试样初始质量)随时间变化曲线。

4有扰动湿化试验与结果分析

常规静水湿化试验中，K237+200处砂黏土90%和95%的崩解时间基本一致，而85%和90%的崩解时间相差较大。为了分析更接近现场雨水冲刷下土体崩解性能，对试样加以扰动，通过开启振荡器使静水发生振荡，每5s记录水中试样质量。K237+200处土体85%，90%及95%压实度下质量比随时间变化曲线如图6所示。不同压实度下试样抗冲刷能力区别很大，95%压实度下试样抗冲刷能力明显高于90%及85%。而在静水崩解情况下，95%压实度下试样冲刷情况与90%相似，差别不大，有扰动湿化试验与常规湿化试验结果有所不同。为了证明哪一种更接近实际情况，用喷头模拟降雨作用来检查不同压实度下土体抗冲刷能力。为了与实际情况更加接近，将K237+200土体做成边长10cm的正方体，并将其做成1∶1.5的坡度，按照85%、90%及95%压实度放置成一排，用喷头对试样进行冲刷，试样初始状态、经过20s，40s，60s后冲刷情况见图7。在相同条件下，不同压实度下试样冲刷程度差别较大。95%压实度下经历60s冲刷路肩及坡面表面发生一定的形状改变，棱角被冲成圆角，表层土体剥落，但没有发生大规模冲刷，质量降低不多。90%压实度在冲刷20s后即出现点状冲刷痕迹，40s后结构基本破坏，上部土体被冲走，60s后试样大部分土体被冲走。85%压实度下20s冲刷后试样结构已经破坏，上层土体被冲走，60s后基本上完全冲刷。由此可以得出，有扰动情况下土的湿化试验比常规湿化试验更接近实际，更能说明土的抗冲刷能力。

5结论

1)由常规湿化试验可以得出，压实度对土体的崩解性状及崩解时间有一定影响。随着压实度的提高，90%压实度及95%压实度土体崩解时间明显大于85%压实度的土体。说明90%压实度及95%压实度的土体抗冲刷能力优于85%压实度的土体。2)土体性质不同，其崩解性状也有很大的不同。砂黏土的抗冲刷能力比粉黏土高。3)通过模拟雨水的冲刷作用，可以得出90%和95%压实度下试样的冲刷程度有较大的区别，在常规湿化试验中得出两者的差别较小，而在有扰动情况下两者差别较为明显，有扰动情况更能模拟雨水流动时对土体的剪切作用，更切合实际，说明有扰动的湿化试验更能反映土体的抗冲刷能力。这一方法为填料抗冲刷能力的研究提供了一条新思路。