CN110055829B - 一种铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲方法，将缓冲装置设置于路基中，通过刚性装置实现承载并传递路基动态有效应力，通过柔性装置缓冲路基动态孔隙水压力。本发明的缓冲方法可以兼顾瞬态孔隙水压力增长和消散两个过程，从根源解决路基翻浆冒泥。本发明还提供了一种缓冲装置，包括刚性装置和柔性装置，所述刚性装置内部设有内腔且表面设有与内腔连通的过水孔，通过过水孔实现孔隙水进入或流出所述内腔，所述柔性装置设置于所述内腔中实现柔性装置根据孔隙水压力的变化发生弹性变形。缓冲装置通过刚性装置保证路基的稳定性，通过柔性装置实现缓冲路基动态孔隙水压力，柔性装置设置于刚性装置内腔中可以对柔性装置起到保护作用。

Description

一种铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲方法及装置

技术领域

本发明涉及铁路路基技术领域，具体涉及一种铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲方法及装置。

背景技术

针对铁路路基瞬态孔隙水压力，传统的处理方法主要是以防治为主，即通过加强路基水的排水和隔水的方式来减小路基瞬态孔隙水压力，具体措施主要有：一方面，提高路基内部的渗透性，加快路基内部水排出速率；另一方面，在路基病害区注浆，隔断雨水渗入，例如中国专利CN201710351724公开了一种用于治理板式无砟轨道铁路路基翻浆冒泥的整治方法，通过注浆防止水渗入基床，实现隔断雨水渗入。

传统处理铁路路基瞬态孔隙水压力的方法属于被动处理方法，对处理材料和工序要求较高，其次被动治理方法也存在多方面缺点：

第一，排水治理中，基床为保证较高的稳定性，在修建时必须经过机械夯实，因此基床整体孔隙比小，本身的渗透性差。连续降雨天气，或者局部强降雨时，基床中水份很难及时的排出。

第二，隔水治理中，采用注浆等方式，动态孔隙水无法穿过注浆区，但其动态压力仍然存在，动态压力会传递到较远区域，因此注浆面积必须足够大并且注浆均匀，才能满足治理要求。其次，注浆层本身要有较好的防水性，且注浆层一方面要克服动态孔隙水压力循环挤压和抽吸作用；另一方面要承担土骨架的循环有效应力作用，因此对注浆材料要求较高，且很难保证其长期强度。一旦注浆层某一区域发生了破坏，这种破坏将在动态孔隙水压力作用下逐渐蔓延至其他区域。

综上所述，急需一种铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲方法及装置以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲方法，具体技术方案如下：

一种铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲方法，包括缓冲装置，所述缓冲装置包括刚性装置和柔性装置，所述刚性装置的内部设有腔体结构且在表面设有与内腔连通的至少一个过水孔，所述柔性装置整体设置于刚性装置的内腔中；

所述缓冲方法包括将所述缓冲装置设置于路基中，通过刚性装置承载并传递路基的动态有效应力，通过柔性装置缓冲路基的动态孔隙水压力。

以上技术方案中优选的，所述缓冲装置的数量为至少一件，多件所述缓冲装置间隔均匀地设置于路基的基床表层上且周围填充砂石层。

以上技术方案中优选的，列车来临时，路基土骨架受列车动载荷，路基受载荷位置的体积迅速变小，动态孔隙水通过过水孔进入刚性装置内腔，使柔性装置发生变形，使得动态孔隙水压力得到削弱，达到缓解超孔隙水压力的目的；

列车离开时，路基土骨架卸载列车动载荷，路基卸载载荷位置体积迅速变大，形成负孔隙水压力；在负空隙水压力的作用下，刚性装置内腔中的孔隙水被吸出，达到缓解负孔隙水压力的目的，柔性装置恢复变形，为下一次动荷载作用做准备。

本发明还提供了一种铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲装置，包括用于承载并传递路基动态有效应力的刚性装置和用于缓冲路基动态孔隙水压力的柔性装置，所述刚性装置的内部设有腔体结构且在表面设有与内腔连通的至少一个过水孔，通过过水孔实现孔隙水流入或流出所述内腔，所述柔性装置整体设置于刚性装置的内腔中且所述柔性装置受到孔隙水压力而发生弹性变形。

以上技术方案中优选的，所述刚性装置为中空的球形壳体，所述柔性装置为空心橡胶气球。

以上技术方案中优选的，所述过水孔均匀分布在球形壳体的表面。

以上技术方案中优选的，所述球形壳体的外径为6-8cm，壳体的厚度为8-10mm，所述过水孔的直径为4-5mm。

以上技术方案中优选的，所述空心橡胶气球内部气压为15-20kPa。

以上技术方案中优选的，所述球形壳体的材质为低碳不锈钢，或者是硬质塑料。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)针对铁路路基瞬态孔隙水压力，已有发明成果均属于被动防治措施，以隔离和疏导路基水为主，其治理效果与路基实际含水率有较大关系。本发明提出的铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲方法，跳出了路基水的束缚，是一种新的思考方式；通过设置缓冲装置实现治理铁路路基翻浆冒泥的现象；通过刚性装置实现承载并传递路基动态有效应力，保证路基整体的稳定性，通过柔性装置缓冲路基动态孔隙水压力，起到削弱孔隙水压力的作用，从源头解决翻浆冒泥，并且本发明的缓冲方法不受路基含水量的影响，因此无论是连续降雨或是强降雨都可以杜绝翻浆冒泥的现象产生。

(2)本发明的缓冲方法可以兼顾瞬态孔隙水压力增长和消散两个过程，孔隙水压力增长时孔隙水和少量细小土颗粒进入到刚性装置中，通过柔性装置削弱孔隙水压力，达到缓解超孔隙水压力的目的；孔隙水压力消散的时候，在负空隙水压力的作用下，刚性装置内部的孔隙水和附带的少量细小土颗粒可迅速被吸出，达到缓解负孔隙水压力的目的，同时柔性装置恢复原状，准备下一次缓冲，本发明的缓冲方法可以对路基起到保护作用并防止翻浆冒泥现象。

(3)本发明的缓冲方法在多件缓冲装置周围填充砂石层，缓冲装置的数量可以根据实际的情况进行设置(例如：该地区的降水量大小)，缓冲装置与砂石层可以构成一个缓冲网络，各个缓冲点相互协调作用，分摊列车动载荷带来的冲击力，缓冲能力大，并且可以实现全方位缓冲。

(4)本发明的缓冲装置包括用于承载并传递路基动态有效应力的刚性装置和用于缓冲路基动态孔隙水压力的柔性装置，所述刚性装置内部设有内腔且表面设有与内腔连通的过水孔，通过过水孔实现孔隙水流入或流出所述内腔，所述柔性装置设置于所述内腔中实现柔性装置根据孔隙水压力的变化发生弹性变形；所述柔性装置设置于刚性装置内部可以对柔性装置起到很好的保护作用，可以避免土骨架对柔性装置的正面冲击，延长柔性装置的使用寿命。

(5)本发明的缓冲装置结构简单，材质易得，易于加工和批量生产，使用缓冲装置的施工工艺和普通路基施工类似，工程施工难度较小。

(6)本发明缓冲装置的球形壳体采用低碳不锈钢或硬质塑料，具有较高的强度和刚度，以及较好的耐腐蚀性，有效的保证缓冲装置的使用寿命。

(7)本发明空心橡胶气球的内部气压为15-20kPa，该气压数值为路基饱和状态下缓冲装置所在深度的静态孔隙水压力，设置该气压数值可以很好的保证空心橡胶气球工作的稳定性，保证空心橡胶气球受到孔隙水挤压时及时发生变形来缓解孔隙水压力，同时也保证空心橡胶气球不至于受挤压产生破裂。

(8)本发明球形壳体的外直径为6-8cm，壳厚为8-10mm，过水孔直径为4-5mm，球形壳体小巧，易于加工同时方便在路基施工中使用，过水孔直径为4-5mm可以保证孔隙水进入和流出刚性装置，同时也防止了大颗粒的砂砾进入刚性装置中导致柔性装置无法正常弹性变形，进而影响缓冲装置的功效。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明缓冲装置的整体结构示意图；

图2是图1中缓冲装置去除部分球形壳体时的结构示意图；

图3是本发明缓冲装置的应用示意图；

其中，1、铁轨，2、枕木，3、道砟，4、第一砂石层，5、第二砂石层，6、第三砂石层，7、缓冲装置，7.1、球形壳体，7.2、过水孔，7.3、空心橡胶气球，8、基床。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

参见图1-2，一种铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲装置，包括用于承载并传递路基动态有效应力的刚性装置和用于缓冲路基动态孔隙水压力的柔性装置，所述刚性装置的内部设有腔体结构且在表面设有与内腔连通的至少一个过水孔(所述腔体结构即为内腔)，通过过水孔实现孔隙水流入或流出所述内腔，所述柔性装置整体设置于刚性装置的内腔中且所述柔性装置受到孔隙水压力而发生弹性变形。即孔隙水压力大于柔性装置变形压力值时柔性装置发生变形，孔隙水压力小于柔性装置变形压力值时柔性装置恢复原状。

所述刚性装置为中空的球形壳体7.1，所述柔性装置为空心橡胶气球7.3(优选的，所述空心橡胶气球即现有技术中的橡胶气球)，当然还可以采用实心的橡胶球，能满足变形要求即可。所述过水孔7.2均布设置在球形壳体7.1的表面。所述球形壳体的外直径为6-8cm，壳体的厚度为8-10mm，过水孔的直径为4-5mm。所述空心橡胶气球7.3内部气压为15-20kPa，所述内部气压为空心橡胶气球不工作时的气压。优选的，本实施例中球形壳体的外直径为6cm，壳体的厚度为8mm，过水孔直径为4mm，所述空心橡胶气球的气压为15kPa。

当孔隙水产生的压力大于空心橡胶气球内部的气压时，孔隙水压力挤压空心橡胶气球发生变形，使得孔隙水压力得到削弱，达到缓解超孔隙水压力的目的；当孔隙水压力小于空心橡胶气球内部的气压时，空心橡胶气球恢复原状。

优选的，所述球形壳体的材质为低碳不锈钢，或者是硬质塑料，具有较高的强度、刚度以及较好的耐腐蚀性；所述空心橡胶气球具有较好的弹性、耐磨性和耐腐蚀性。

参见图3，本实施例以有砟铁路为例对本发明缓冲装置的应用进行具体说明。

将所述缓冲装置设置于路基中，通过刚性装置实现承载并传递路基动态有效应力，通过柔性装置缓冲路基动态孔隙水压力。

所述缓冲装置的数量为至少一件，多件所述缓冲装置间隔均匀地设置于路基的基床表层上且周围填充砂石层(即缓冲装置周围填充砂石)。

所述砂石层包括第一砂石层4、第二砂石层5以及第三砂石层6；将级配较好的粒径为1-20mm的砂石填料均匀铺设在基床8的表面，形成厚度为5-6cm的第一砂石层4，将缓冲装置均匀设置在第一砂石层4表面，然后采用级配较好的粒径为1-20mm的砂石填料填充在缓冲装置四周，形成厚度为6-8cm的第二砂石层5，最后采用级配较好的粒径为1-20mm的砂石填料均匀铺设在第二砂石层5和缓冲装置上，形成厚度为5-6cm的第三砂石层6。最后在第三砂石层6的表面依次铺设道砟3、枕木2以及铁轨1。

列车来临时，路基土骨架受列车动载荷，路基受载荷位置的体积迅速变小，动态孔隙水和附带的少量细小土颗粒通过过水孔进入刚性装置(即球形壳体)内腔，使柔性装置(即空心橡胶气球)发生变形，使得动态孔隙水压力得到削弱，达到缓解超孔隙水压力的目的；

列车离开时，路基土骨架卸载列车动载荷，路基卸载载荷位置体积迅速变大，形成负孔隙水压力；在负空隙水压力的作用下，刚性装置内腔中的孔隙水和附带的少量细小土颗粒被吸出，达到缓解负孔隙水压力的目的，柔性装置恢复变形，为下一次动荷载作用做准备。

应用本发明的技术方案，效果是：

本发明的缓冲装置通过刚性装置保证路基的稳定性，通过柔性装置实现缓冲路基动态孔隙水压力，柔性装置设置于刚性装置内腔中可以对柔性装置起到保护作用，避免土骨架对柔性装置产生正面冲击，延长柔性装置的使用寿命。

本发明的缓冲方法可以兼顾瞬态孔隙水压力增长和消散两个过程，从根源解决路基翻浆冒泥，并且不受路基含水量的影响，实用性高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲方法，其特征在于，包括缓冲装置，所述缓冲装置包括刚性装置和柔性装置，所述刚性装置的内部设有腔体结构且在表面设有与内腔连通的至少一个过水孔，所述柔性装置整体设置于刚性装置的内腔中；

所述缓冲方法包括将所述缓冲装置设置于路基中，通过刚性装置承载并传递路基的动态有效应力，通过柔性装置缓冲路基的动态孔隙水压力；

列车来临时，路基土骨架受列车动载荷，路基受载荷位置的体积迅速变小，动态孔隙水通过过水孔进入刚性装置内腔，使柔性装置发生变形，使得动态孔隙水压力得到削弱，达到缓解超孔隙水压力的目的；

列车离开时，路基土骨架卸载列车动载荷，路基卸载载荷位置体积迅速变大，形成负孔隙水压力；在负空隙水压力的作用下，刚性装置内腔中的孔隙水被吸出，达到缓解负孔隙水压力的目的，柔性装置恢复变形，为下一次动荷载作用做准备。

2.根据权利要求1所述的铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲方法，其特征在于，所述缓冲装置的数量为至少一件，多件所述缓冲装置间隔均匀地设置于路基的基床表层上且周围填充砂石层。

3.一种铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲装置，其特征在于，包括用于承载并传递路基动态有效应力的刚性装置和用于缓冲路基动态孔隙水压力的柔性装置，所述刚性装置的内部设有腔体结构且在表面设有与内腔连通的至少一个过水孔，通过过水孔实现孔隙水流入或流出所述内腔，所述柔性装置整体设置于刚性装置的内腔中且所述柔性装置受到孔隙水压力而发生弹性变形。

4.根据权利要求3所述的铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲装置，其特征在于，所述刚性装置为中空的球形壳体(7.1)，所述柔性装置为空心橡胶气球(7.3)。

5.根据权利要求4所述的铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲装置，其特征在于，所述过水孔(7.2)均匀分布在球形壳体(7.1)的表面。

6.根据权利要求5所述的铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲装置，其特征在于，所述球形壳体的外径为6-8cm，壳体的厚度为8-10mm，所述过水孔的直径为4-5mm。

7.根据权利要求4所述的铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲装置，其特征在于，所述空心橡胶气球(7.3)内部气压为15-20kPa。

8.根据权利要求4-7中任意一项所述的铁路路基瞬态孔隙水压力缓冲装置，其特征在于，所述球形壳体的材质为低碳不锈钢，或者是硬质塑料。

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