风积沙作为一种地质材料,有其自身的工程特殊性,在风沙地段公路路床和普通铁路路基填筑方面得到了广泛的应用。由于风积沙不良的级配特性、松散的颗粒分布特性、低黏聚力的力学特性等,决定了其难以满足高速铁路及重载铁路对路基填料的要求,因此风积沙相关特性研究对风积沙材料认识及工程实际应用均有重要价值。本文依托蒙华(蒙西到华中)铁路毛乌素沙地风积沙填筑重载铁路路基关键技术课题研究,对路基试验段所取风积沙填料及采用水泥改良后的风积沙试样开展室内土工试验,结合现场工区试验室及试验段部分测试结果对比综合分析;采用有限差分法分析软件FLAC3D对不同加筋情况下风积沙填筑重载铁路路基变形特性及路基边坡稳定性分析研究;提出适合该重载铁路的设计施工建议;研究成果对类似工程有一定的参考借鉴作用。本文主要研究内容及相关成果总结有如下几个方面。(1)对施工段取样风积沙进行颗粒分析试验。结果表明,该风积沙为级配不良的细砂,属于C组填料,难以满足重载铁路路基基床底层填筑要求,需进行改良应用。风积沙及水泥改良风积沙重型击实试验对比分析表明,掺入水泥可以降低风积沙最优含水率,同时有效提高风积沙最大干密度。该风积沙湿压状态下最优含水率为14%,最大干密度为1.88g/cm3;水泥掺量4%~8%,风积沙最优含水率11.5%~12%,最大干密度1.94g/cm3~1.97 g/cm3。(2)水泥改良风积沙无侧限抗压强度随水泥掺量、压实系数增加而增加。水泥掺量6%~8%范围内强度增长量大于水泥掺量4%~6%内的强度增长量;压实系数0.93~0.95范围内试件强度增长率小于压实系数0.91~0.93范围内强度增长率;无侧限抗压强度同水泥掺量、压实系数之间存在良好的多项式拟合关系。(3)水泥改良风积沙无侧限抗压强度随养护龄期增加而增加。压实系数0.93时,6%~8%水泥掺量下,水泥改良风积沙7d强度可达到90d强度的0.67~0.86,养护28d强度可达到90d强度的0.81~0.92;不同水泥掺量下水泥改良风积沙试件养护前期强度增长较快,后期强度增长较慢;无侧限抗压强度与养护龄期之间存在良好的幂指数拟合关系。(4)水泥改良风积沙无侧限抗压强度随水泥强度等级增加而增加。压实系数为0.91~0.93,水泥掺量为6%~8%条件下,水泥强度等级从P.O32.5级提高到P.O42.5级,不同养护龄期下试件强度提高3%~20%。(5)采用P.O32.5级水泥,压实系数0.95时,建议采用7%~8%水泥掺量作为该重载铁路路基基床底层填筑控制标准;采用P.O42.5级水泥,压实系数0.95时,建议采用5%~6%水泥掺量作为该重载铁路路基基床底层填筑控制标准。(6)边坡坡率1:1.5,路基高度为9.0m的风积沙填筑重载铁路路基,边坡部位采用长度为3.0m,加筋间距0.6m的土工格栅补强措施后,基床底层水泥改良风积沙水泥掺量4%~8%范围内时,路基边坡安全系数均稳定在1.23左右,路基顶面沉降随水泥掺量增加而减小。(7)对于风积沙填筑重载铁路路基,基床底层采用6%水泥改良风积沙填筑时,路基边坡部分水平位移最大值随加筋间距增加而增加;加筋间距从0.3m增加到0.9m,坡面水平最大位移从3.1cm增加到5.2cm。边坡水平位移最大值随加筋长度增加而减小;加筋长度从3.0m增加到7.0m,坡面水平最大位移从4.4cm减小到2.1cm,边坡安全系数从1.23增加到1.48;加筋间距和加筋长度对路基顶面沉降影响不大。(8)综合考虑工程经济及施工技术因素,对于边坡坡率为1:1.5,高度为9.0m的风积沙填筑重载铁路路基,建议基床底层采用6%水泥掺量改良风积沙,土工格栅加筋长度4.0m,加筋间距0.6m的工程方案。