全风化花岗岩在铁路建设中的应用

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一全风化花岗岩改良土的工程性质

1花岗岩工程特性

花岗岩主要在我国南方地区出露，按风化程度可分为微风化、中风化、强风化花岗岩和残积土，在工程地质中，一般将残积土称为全风化花岗岩，因此全风化残积土与全风化花岗岩为同一类土。花岗岩残积土的主要特点是云母含量高、结构松散、水稳性差、粘结力小，CBR值低、回弹模量小，在荷载作用下，全风化花岗岩填筑的路基易产生较大的永久变形，出现路基病害，严重影响铁路建设与维护。

2全风化花岗岩改良土工程性质

(1)改良土液塑限。土体的液塑限直接反映土体颗粒与水溶液表明作用程度，间接反映土的工程性质。水泥加入土样后大大降低了土的塑性;生石灰改良土具有较好的水稳性，随着生石灰剂量增加，改良土的强度和稳定性提高;生石灰或水泥改良土龄期越长，其塑性指数越小。

(2)改良土颗粒分析。试验发现，生石灰改良土和水泥改良土的颗粒分析曲线均向左移，颗粒粗化现象明显，表明粉粘土掺加生石灰和水泥改良后，其原有颗粒组成发生变化，产生粗化现象。

(3)改良土击实。随着生石灰与水泥的掺入，最佳含水量增加，这对含水量较高的素土非常有效。单位击实功越大，最大干密度越大。

(4)压缩特性。全风化花岗岩压缩性较大，刚度较小，属高压缩性土，加入水泥后压缩性大幅度减小，刚度增加，有利于列车的安全运行。

(5)收缩特性。全风化花岗岩改良土收缩性具有三个明显的特征:①线缩率低于未改良土;②改良土与未改良土相比，体缩率明显降低;③水泥改良土掺合率增大，收缩率增高，体收缩率减小;生石灰改良土掺合率与收缩率关系不明显。

(6)渗透特性。花岗岩全风化物掺加水泥改良后，改良土的渗透系数大大降低。

(7)水稳定性。随着生石灰和水泥掺入量的增加和养护时间增长，全风化花岗岩改良土的水稳定性变好。

(8)干湿循环强度衰减特性。全风化花岗岩改良土经干湿循环后，质量趋于稳定，且水泥掺入量越大，干湿循环的质量损失越少。

(9)抗剪强度。饱水后改良土抗剪强度有不同程度的降低，但未改良土几乎没有强度。

(10)静强度特性。全风化花岗岩加6%的水泥或生石灰改良后，饱和无侧限抗压强度增大，满足铁路对基料的强度和水稳定性要求。

(11)CBR强度与膨胀量。掺加水泥使CBR水稳强度增大，改善了全风化花岗岩路基的路用性能。

二应用实例

1铁路列车荷载作用特点

无碴轨道具有稳定性好、耐久性和平顺性、风度均匀等优点，其结构形式包括长枕埋入式、弹性支承块式和板式无碴轨道。

2模型建立

(1)模型选择。路基本体在小应变下的本构模型有多种多样，如双线模型、粘弹性模型、弹塑性模型等，这些模型均能与土的动应力—应变曲线接近，本文选择路基的动力响应选择弹塑性模型。

(2)边界条件。任何结构保持稳定都需要约束条件，模型计算中约束内容包括钢轨与弹簧阻尼之间、弹簧阻尼与轨道板之间、路基两端与地面之间。

3结果分析利用有限元分析方法，对全风化花岗岩改良土用作填料的路基进行数值模拟，结合铁路列车荷载作用的特点，分析模型结果:

(1)行车速度从100km/h增加到200km/h时，动位移呈现减小的趋势;当速度从200km/h增长到300km/h时，动位移随速度增加而增大;速度大于350km/h时，动位移又出现减小趋势。

(2)动应力与加速度都与轮重成线性比例关系，随着轮重的增大而增大。

(3)基床表层厚度增加，动位移呈减小趋势。

三结论

全风化花岗岩由于其特殊的工程特性，直接作为路基填料会造成严重的路基病害。通过对全风化花岗岩及其改良土的工程特性进行分析，确定了生石灰与水泥对全风化花岗岩的改良结果。本文对列车动荷载作用下的无碴轨道路基进行数值模拟，经计算可知列车速度对各物理量不是简单的相关性，但动应力、加速度与轮重具有良好的线性关系，基床表厚度与动位移呈反相关关系。

作者：米永增 单位：中铁二十局集团有限责任公司