[发明专利]一种高铁路基填料中细粒土掺量上限的确定方法

说明书

本发明公开一种高铁路基填料中细粒土掺量上限的确定方法，包括如下步骤：(1)制备不同细粒土含量的填料样品；(2)进行室内冻胀试验，测得各填料样品的冻胀率；(3)对各填料样品进行X射线层析扫描，采用图像处理算法统计分析各填料样品中细粒土分布的连通区域和计盒分形维数，分别与细粒土含量建立函数关系；(4)综合分析连通区域、计盒分形维数随细粒土含量的变化趋势以及不同细粒土含量对应的冻胀率，确定路基填料中细粒土的最大掺量。本发明考虑了细粒土填料分布及微观孔隙分布的影响，采用孔隙结构微观分析方法及图像处理方法，能够准确地得出满足非冻胀填料要求的细粒掺量上限，从而可开发出优异耐久性的高铁路基用填料。

技术领域

本发明提供一种高铁路基填料中细粒土掺量上限的确定方法，属于高速铁路路基用填料施工领域。

背景技术

高速铁路以其运营速度高、能源消耗少、环境污染低等突出特点，已成为资源节约、环境友好型社会首选的大众交通工具。我国东北地区纬度高，地形地貌复杂，季节性冻土区分布较为广泛，哈齐、哈大等高铁客运专线大部分线路处于这种严寒环境中。

严寒环境下路基的最大冻胀量可达8mm，严重影响了路基的平顺性。高速铁路列车在高速运行状态下对路基的变形响应更加敏感，微小的路基冻胀就会影响铁路的平顺性和乘坐舒适度，更为严重的是影响列车的行驶安全，也大大增加了铁路工务部门的线路维护工作量及维护费用。冻胀问题通常表现为路基变形，从而引起轨道面高程发生变化、造成轨道不平顺问题，严重情况会影响列车的运行安全。

高铁路基填料包括碎石骨料及细粒土填料，细粒土填料微结构是指粗细颗粒和孔隙的大小、形状、空间排列分布、接触连结方式等，是决定工程性质的重要因素之一，其直接影响了路基的冻胀敏感性，因此，确定路基填料中细粒土的允许掺量尤为重要，现有技术中通常采用室内冻胀试验来测试路基填料的冻胀性，以此来确定细粒土的掺量是否满足要求，但是，仅以冻胀性来判断细粒土的允许掺量不够全面，无法准确获知细粒土的允许掺量，而且，该测试方法较为繁琐，测试效率低。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种更为科学合理的高铁路基填料中细粒土掺量上限的确定方法，该方法以冻胀性能和微观结构双重导向，能够更准确且方便快速地确定细粒土的掺量上限，从而开发出具有优异耐久性的高铁路基填料。

技术方案：本发明所述的一种高铁路基填料中细粒土掺量上限的确定方法，包括下述步骤：

(1)制备不同细粒土含量的填料样品；

(2)模拟工程环境进行室内冻胀试验，测得各填料样品的冻胀率；

(3)对各填料样品进行X射线层析扫描，采用图像处理算法统计分析各填料样品中细粒土分布的连通区域和计盒分形维数，分别与细粒土含量建立函数关系；

(4)综合分析连通区域、计盒分形维数随细粒土含量的变化趋势以及不同细粒土含量对应的冻胀率，确定路基填料中细粒土的最大掺量。

较优的，步骤(3)中，可将填料样品中细粒土分布的连通区域及计盒分形维数与冻胀率建立函数关系，后期针对同类填料，通过X射线层析扫描填料的微结构来预测其冻胀率，然后根据步骤(4)判断细粒土最大掺量。采用此方法，可快速检测路基材料的冻胀性，无需再次进行传统室内冻胀试验，经济高效。

上述步骤(1)中，可以细粒土作为填料，级配碎石作为骨料，通过级配设计理论和实验方法制备不同细粒土含量的路基填料样品。优选的，碎石骨料的级配范围为0.075mm～31.5mm连续级配，细粒土的质量分数为0～30％，其中，细粒土的质量分数为细粒土的质量占碎石骨料的质量百分数。