【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁路路基工程，具体是一种膨胀土填芯路堤设计方法。
技术介绍
1、膨胀土是一种富含强亲水性黏土矿物的特殊土，在我国分布广泛。膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩的工程特性。膨胀土路堤边坡易产生表层溜坍、边坡坍滑、坡面冲蚀及路基不均匀沉降等病害。因此，膨胀土不宜用于填筑路堤。但由于膨胀土地区往往缺乏其他填料，若将膨胀土全部换填为非膨胀土会造成工程成本大幅增加。若采用掺水泥、石灰、矿渣混合料等对膨胀土进行化学改性处治，会增加工程成本。
2、梅雨季节持续降雨入渗是影响梅雨气候区膨胀土路堤性能的关键因素。为了有效利用膨胀土路堑开挖产生的弃土，在进行路基填筑时，可将膨胀土填筑在中间，外部包填黏土减小路堤表面的透水性，避免填芯膨胀土吸水膨胀变形影响路基稳定性和行车安全性。设计合理的包边黏土层厚度和压实度，在保证梅雨季节持续降雨情况下膨胀土不吸水膨胀变形的前提下，尽可能减少黏土用量，节省工程费用，是膨胀土填芯路基设计的关键。目前还没有相关设计方法，实际中主要依据经验或参考监测数据进行设计，设计理论依据不足。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提出一种梅雨气候区膨胀土填芯路堤的设计方法，用以解决梅雨气候区膨胀土填芯路堤设计理论依据不足，设计方法缺失的问题。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种膨胀土填芯路堤设计方法，其包括如下步骤：
4、(1)确定压实系数k对膨胀土、包边粘土工程特性的影响；
5、(2)通过膨胀土的膨胀力试验确定膨
6、(3)确定路堤约束载荷；
7、(4)以保证梅雨期内约束荷载都大于填芯膨胀土产生的膨胀力为条件，确定合适的包边厚度h及压实系数k；
8、(5)验证提出的设计方案是否满足规范要求；若不满足规范要求，则增加包边厚度h或压实系数k，再次进行验证，直至满足规范要求；
9、进一步的，其还包括步骤(6)根据降雨入渗仿真计算结果显示的薄弱部位位置，增设防水或排水设施。
10、步骤(1)中，所述通过实验确定压实系数k对膨胀土、包边黏土工程特性的影响，具体为确定不同压实系数的包边黏土和膨胀土的渗透系数、饱和含水量、重度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角。
11、步骤(3)中，计算不同压实系数k和包边厚度h膨胀土填芯路堤的约束荷载；所述约束载荷为被浸润的黏土与被浸润的填芯膨胀土荷载之和。
12、步骤(4)包括：
13、(a)路堤压实系数k取规范规定最小值，根据施工要求确定包边厚度h取值范围；
14、(b)根据施工要求，确定包边厚度取最小值，并确定压实系数k取值范围；
15、(c)当压实系数k取最小值时，以梅雨季节约束荷载始终大于膨胀土填芯区产生的膨胀力为条件，确定包边厚度h最小值；
16、(d)当包边厚度h取最小值时，以梅雨季节约束荷载始终大于膨胀土填芯区产生的最大膨胀力为条件，确定压实系数k最小值。
17、步骤(4)中，所述膨胀力为填芯膨胀土被雨水浸润部分不同体积含水量条块所产生膨胀力的离散积分值，如下式所示：
18、
19、式中，pe为膨胀力，pi为第i条块所产生膨胀力。
20、步骤(5)中，根据步骤(c)和步骤(d)得到的包边厚度h及压实系数k，分别计算梅雨季节最后一天的安全系数。
21、步骤(5)中，所述安全系数通过下式进行计算：
22、
23、kf为安全系数；wi为第i条块重量；a为地震加速度；αi为第i条块滑面倾角；βi为第i条块地下水流向；ci、分别为第i条块粘聚力和内摩擦角；nwi为孔隙水压力；ψj为第i块段剩余滑坡推力传至第i+1块段时的传递系数(j＝i)；rn和tn分别为第n条块的抗滑力和下滑力；hi1、hi2分别为第i条块受雨水浸润的膨胀土部分左右两侧高度；li为第i条块底部长度；pe为膨胀力。
24、步骤(5)中，计算得到的安全系数小于1.25时，增加包边厚度h或压实系数k，再次进行安全系数的计算，直至安全系数大于或等于1.25。
25、本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过控制包边厚度及路堤压实系数，减少外界水分对填芯膨胀土的影响，并限制膨胀力作用。此方法考虑梅雨季节持续降雨引起的膨胀土填芯区体积含水量变化导致的膨胀力发育情况，调节路堤的包边厚度h和压实系数k使约束荷载始终大于填芯膨胀土产生的膨胀力，这样填芯膨胀土产生的膨胀力可以被约束荷载抵消，并基于节约用料和减少浪费的原则，进行膨胀土填芯路堤的设计，最大限度的降低工程造价并加快工程进度。有效解决了梅雨气候区膨胀土填芯路堤设计理论依据不足，设计方法缺失的问题，有利于解决膨胀土地区路基工程挖方膨胀土利用不充分的问题，大大降低了梅雨气候区膨胀土路堤发生灾变的概率，能显著降低线路营运维护成本。
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1.一种膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于，其还包括步骤(6)根据降雨入渗仿真计算结果显示的薄弱部位位置，增设防水或排水设施。
3.根据权利要求1所述的膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于，步骤(1)中，所述确定压实系数K对膨胀土、包边黏土工程特性的影响具体为确定不同压实系数的包边黏土和膨胀土的渗透系数、饱和含水量、重度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角。
4.根据权利要求3所述的膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于，步骤(3)中，计算不同压实系数K和包边厚度H膨胀土填芯路堤的约束荷载；所述约束载荷为被浸润的黏土与被浸润的填芯膨胀土荷载之和。
5.根据权利要求4所述的膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于，步骤(4)包括：
6.根据权利要求5所述的膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于，步骤(4)中，所述膨胀力为填芯膨胀土被雨水浸润部分不同体积含水量条块所产生膨胀力的离散积分值，如下式所示：
7.根据权利要求5所述的膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于
8.根据权利要求7所述的膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述安全系数通过下式进行计算：
9.根据权利要求8所述的膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于，所述步骤(5)中，计算得到的安全系数小于1.25时，增加包边厚度H或压实系数K，再次进行安全系数的计算，直至安全系数大于或等于1.25。
...【技术特征摘要】
1.一种膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于，其还包括步骤(6)根据降雨入渗仿真计算结果显示的薄弱部位位置，增设防水或排水设施。
3.根据权利要求1所述的膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于，步骤(1)中，所述确定压实系数k对膨胀土、包边黏土工程特性的影响具体为确定不同压实系数的包边黏土和膨胀土的渗透系数、饱和含水量、重度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角。
4.根据权利要求3所述的膨胀土填芯路堤设计方法，其特征在于，步骤(3)中，计算不同压实系数k和包边厚度h膨胀土填芯路堤的约束荷载；所述约束载荷为被浸润的黏土与被浸润的填芯膨胀土荷载之和。
5.根据权利要求4所述的膨胀土填芯路堤设计方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐重阳，安政军，王超，杨涛，金海鹏，刘晓爽，贾国辉，李盼盼，陈世钊，朱旭斌，杨文迪，
申请(专利权)人：中铁十六局集团铁运工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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