本文是一篇土木工程论文，本文依托银西铁路甘宁段路基处理项目，针对银西铁路甘宁段穿越湿陷性黄土区域，结合现场水泥改良土试验和桩体试验，然后建立 CFG 长桩+水泥土挤密桩短桩复合地基有限元模型进行静力分析，对其复合地基处理效果和水泥掺量不同引起的路堤填土性质、桩体性质对复合地基受力和沉降特性进行参数分析，最后对列车轨道力进行简化并建立有限元动力模型分析列车荷载作用下复合地基的动力响应。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景和意义
在世界范围内黄土分布非常广泛，约占全球陆地面积的 9.3%，在我国，西部地区是黄土主要的分布区域，其中陇东南地区又十分特殊，高阶地黄土厚度达到50~100m，湿陷性较为敏感。湿陷性黄土是第四纪沉积物，天然湿度下，压缩性较低，受水浸湿后极易发生湿陷，土体结构迅速遭到破坏，对分布范围内的工程建设的影响非常严重，如高速铁路路堤在荷载作用下产生不均匀沉降和沉降过大。为解决这一问题，需要根据地质情况的不同、建筑物的承载条件以及各种处理方案的成本比对，选择既满足低成本，又满足要求的处理方法。
《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）提出了我国对湿陷性黄土的评价方法，并规定了湿陷性评价指标：查明了在一定压力下浸水湿陷性情况，在湿陷性黄土上覆土受重力作用的浸水湿陷性情况，对场地的湿陷性进行划分，判定地基的湿陷性等级。随着国家基础设施建设的全面发展，铁路运输任务日益繁重，对地基工后沉降产生更高的要求。《铁路路基设计规范》（TB10001-2016）于 2017 年 4 月 1 日开始正式实施，该规范充分总结了近年来我国铁路的路基建设、科研成果和运营实践经验，对铁路路基设计技术标准进行了统一，对铁路路基结构上承受荷载的种类、要求及形式进行了确定，完善了铁路工程的建设标准体系，是铁路工程建设的重要技术标准。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 湿陷性黄土的研究现状
近年来随着我国建筑事业和交通运输业的蓬勃发展，在该领域的研究也逐渐成熟，为满足广大西部地区人民的交通需求，许多高等级公路及铁路难以避免的建在湿陷性黄土地区，对建筑业提出了严峻的挑战。湿陷性黄土在一定条件下会产生较大的湿陷变形，导致结构的安全性下降，给道路和铁路带来巨大的危害。因此，土木工程学者们为降低湿陷性带来的各种危害，做出了相应的研究。
第 2 章 柔性荷载下长短桩复合地基的基本理论
2.1 概述
柔性荷载是一种柔性加载方式，指复合地基中桩帽与桩间土所承受的荷载随上部荷载增加发生协调变化。形成柔性荷载需要以下的几个条件：（1）桩顶上部荷载持续增加，本文即为路堤填筑过程中其自重作用；（2）地基经过人工处理，且需要有桩、土共同作用形成整体；（3）具备柔性加载的媒介，即当上部荷载传递至该媒介时，应力会按一定的变化规律分配到桩与桩间土，使复合地基受力呈现协调性变化。长短桩作为本文研究的地基处理技术，为进一步对柔性荷载下长短桩复合地基作用理论进行研究，本章将详细介绍长短桩复合地基的加固机理、受力特性和沉降特性。
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复合地基常采用两种加固机理，挤密加固和置换加固。其中置换加固机理指采用受力性能高、大刚度的竖向增强体来将地基中一部分软弱土置换出去，这样使加固后的地基土承担较少的上部荷载。与之对应的挤密加固则是通过加入竖向增强体增加桩间土中的机密效应以提高复合地基的承载力。
目前常用的复合地基中，竖向增强体一般采用桩体，不同形式的桩体能够以不同方式提升地基的承载能力，使地基抵抗变形的能力得到大幅度提升。因桩体的强度和模量相对土体较大，大部分荷载由桩体承受，增大了桩土应力比。将外部荷载传递到深层土的作用由复合地基中的桩体起到，以此减少桩间土上的荷载，进一步降低地基的沉降量。刚性桩对地基承载力的提升能力更加明显。
长短桩复合地基中，为使刚性长桩与柔性短桩的变形的协调，一般持力层采用中、低压缩性土层，将上层荷载传递到深基础发挥长桩主要作用，以减少浅层压缩的应力和应变，并且和短桩协同减小浅层软弱土的隆起现象。如图 2.1 所示，在加固区 A，桩间产生“扶持”和“遮挡”效应，土与桩的沉降同步。而在加固区 B，长桩刺入下卧层时会有部分沉降，这就使得两者的沉降量产生差异性。
因桩体刚度较大，当有荷载作用到长短桩复合地基上时，会集中在基桩上，使桩体产生一定的沉降，在桩身产生的反向摩擦力会将一部分荷载传向桩间土。桩体的轴力随地基的深度的增大而减小，在桩端持力层，桩体受力会达到相对平衡。在这个过程中，长桩将上部荷载传递到深层土中，使得软弱土层的变形明显减小，对地基的沉降也起到不可忽略的影响。
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第 3 章 银西铁路甘宁段地基处理试验 ................................... 18
3.1 概述 ............................................. 18
3.2 工程概况 .......................................... 19
3.3 水泥改良土室内试验 .............................. 19
第 4 章 柔性荷载下长短桩复合地基性状的静力分析 ....................... 41
4.1 概述 ....................................... 41
4.2 甘宁段长短桩复合地基静力有限元模型 ...................... 41
第 5 章 柔性荷载下长短桩复合地基的动力响应 ........................... 61
5.1 概述 ........................................ 61
5.2 列车荷载作用的基本理论和动力有限元模型 ....................................... 61
第5章 柔性荷载下长短桩复合地基的动力响应
5.1 概述
铁路运营期，列车行驶的稳定性会直接影响线路运营同时对客运人员带来不同的体验，因为当列车行驶时，路基除了受到静力作用外列车行驶产生的动荷载也会向下传递，这一过程会使地基振动速度加大[107]，相应的变形也会增加，因此分析列车荷载作用下复合地基的动力响应具有重要意义。
本章针对列车荷载作用基本理论基于有限元软件建立动力有限元模型，对银西铁路甘宁段 CFG 长桩+水泥土挤密桩短桩复合地基进行动力响应分析，分析在列车荷载作用下长短桩复合地基的沉降和受力特性。
列车荷载由于列车行驶的动态性使得其与填土、轨道板等荷载明显不同[107]，它由几种荷载形式组合而成，具有冲击性、循环性等特征，是一种特殊的动力荷载。具体表现形式为：列车通过时，车轮与铁轨接触处作用力瞬时增大，具有明显冲击性；同时列车由多节相似车厢组成，因此整个列车通过过程具有往复性和不一致性.
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结论与展望
结论
（1）现场条件下土工格栅垫层和基床底层水泥掺入湿陷性黄土的比例宜控制在 6%左右，最大干密度为 1.61g/cm3，最优含水率为 17.7%；而对于基床底层以下水泥掺入湿陷性黄土的比例宜控制在 4%左右，最大干密度为 1.54g/cm3，最优含水率为 17.2%。这样既能满足强度要求，又最大程度上考虑了经济方面的原因。同时通过绘制含水率与压实系数关系曲线发现，改良土碾压时，含水率控制在最佳含水率的±2%时，可保证压实系数达到设计和规范要求；水泥的掺入能有效改善湿陷性黄土的物理力学性质，水泥掺入湿陷性黄土后，水泥土的最大干密度降低，最优含水量升高，可使水泥土在含水量较大范围内和采用较为简易的碾压机具能达到要求的压实度，从而有利于在施工中控制含水量。
（2）通过试验检测桩身压实系数、桩间土挤密系数、复合地基承载力和桩间土湿陷系数可知，经长短桩复合地基处理过的桩间土其物理力学性质已有明显改善，湿陷性黄土本身具有的湿陷性完全消除，地基承载力大幅提高满足工程要求，同时通过对桩身的剖桩量测，桩径大于设计要求。这说明 CFG 长桩+水泥土挤密桩短桩地基处理方式对处理黄土地基是一种经济、可行、有效的方法。