地下水變化對(duì)高速鐵路無(wú)砟軌道樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基變形及線路平順性的影響研究.pdf

1、近年來(lái)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，伴隨地下水開(kāi)采量的逐年增大，造成我國(guó)不儀存在非常嚴(yán)重的區(qū)域性沉降問(wèn)題，而且高速鐵路沿線地下水開(kāi)采引起的地面差異性沉降問(wèn)題也非常突出，其不僅影響著線路的正常使用功能，過(guò)大的沉降、差異沉降還會(huì)直接影響列車(chē)的運(yùn)營(yíng)安全。本文在廣泛調(diào)研、收集大量資料的基礎(chǔ)上，對(duì)地下水開(kāi)采引起的典型高速鐵路路基----樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基沉降的問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴揭示了地下水位下降引起路基沉降的機(jī)制。以

2、經(jīng)典的太沙基有效應(yīng)力原理為依據(jù)，推導(dǎo)分析了地下水下降引起地面沉降方面的計(jì)算理論，并且結(jié)合有限元數(shù)值模擬分析方法揭示了地下水開(kāi)采引起地面沉降的主要工作機(jī)制是在地下水位下降過(guò)程中土體孔隙水壓力減小，有效應(yīng)力增大導(dǎo)致土體固結(jié)壓縮。⑵通過(guò)Fortran語(yǔ)言對(duì)地下水位整體升降模塊進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，結(jié)合華北地區(qū)調(diào)研的實(shí)際地下水位變化規(guī)律，研究了月周期及年周期地下水位整體變化下，樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基的沉降變形規(guī)律，并對(duì)地下水位下降過(guò)程中樁基受力進(jìn)行了分析。分析結(jié)果

3、表明:樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基沉降量隨著水位埋深的下降而線性增大，同時(shí)當(dāng)?shù)叵滤换厣龝r(shí)，路基的沉降也相應(yīng)的有所減小，但不能完全恢復(fù)到降水前的情況。樁基負(fù)摩阻力和樁身軸力都隨著水位的下降而逐漸增大，摩阻力中性點(diǎn)的位置隨著水位的下降而線性下降，樁身軸力最大值出現(xiàn)在中性點(diǎn)位置。⑶建立了高速鐵路樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)流固耦合模型，分析了鐵路沿線農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水和生活用水對(duì)樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基的沉降變形規(guī)律，研究了淺層地下水開(kāi)采和深層地下水開(kāi)采對(duì)樁網(wǎng)路基沉降的變形規(guī)律，計(jì)算了抽

4、水井距離和抽水量大小對(duì)樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基沉降的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:季節(jié)性的農(nóng)業(yè)用水和非季節(jié)性的工業(yè)和生活用水對(duì)樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基沉降量的最主要區(qū)別在于其開(kāi)采量的大小，季節(jié)性因素對(duì)其影響不大。對(duì)比淺層與深層地下水開(kāi)采對(duì)路基沉降的影響，得出在相同的開(kāi)采量情況下，盡管深層地下水開(kāi)采使路基產(chǎn)生的沉降量更大，但其主要表現(xiàn)為大范圍的區(qū)域性沉降，而淺層地下水的開(kāi)采盡管對(duì)路基產(chǎn)生的沉降值小，但對(duì)線路的不平順影響更大。抽水井距離越短，路基垂向沉降量越大;抽水速度

5、為1250m3/d時(shí)產(chǎn)生的沉降量是抽水速度為250m3/d時(shí)的3.4倍，抽水量越大樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基的沉降量也越大。⑷將不同抽水井距離和抽水量大小所產(chǎn)生的軌道不平順導(dǎo)入高速鐵路列車(chē)-軌道-樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基動(dòng)力學(xué)模型之中，通過(guò)兩步走的方法研究了抽水井距離與抽水量大小所產(chǎn)生的軌道不平順對(duì)列車(chē)安全行駛特性、軌道動(dòng)力響應(yīng)及樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:當(dāng)抽水量一定，抽水井距離越小對(duì)列車(chē)的安全行駛及結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)影響越大。抽水井距離為200