论文部分内容阅读
坎儿井作为一种古老的灌溉结构,主要分布于中国西北部、伊朗等干旱地区。随着现代交通与高速铁路的快速发展,大量的高铁将穿越坎儿井地区。由于坎儿井暗渠的存在,使得高速铁路的路基沉降规律更为复杂,甚至超过规范要求。同时,暗渠的存在将加剧沿线路基的不均匀沉降,影响线路的平顺性,最终对路基整体稳定性产生影响。然而国内关于高速铁路穿越坎儿井地区的地基稳定性评价研究较少,基于暗渠截面形式、深度、孔径及线路交角的坎儿井分类尚无明确界限,同时尚无可供工程应用的坎儿井暗渠临界深度相关研究。因此,坎儿井暗渠深度对无砟轨道高铁路基的变形及稳定性分析需要更系统性地分析,从而进一步提出坎儿井暗渠临界深度,以指导坎儿井地区高速铁路的设计和建设。因此,针对坎儿井暗渠对高速铁路路基稳定性及沉降的影响,亟需开展相关研究工作。本文依托德-伊高速铁路项目,结合现场试验和室内试验结果,通过Plaxis 3D数值计算,分析了暗渠对路基沉降、暗渠周围塑性区分布以及剪切应变的影响,确定了暗渠临界深度判断标准,主要研究内容和成果如下:(1)参考暗渠截面形式、深度、孔径及线路交角,对坎儿井进行了分类。针对暗渠深度将坎儿井分为浅层坎儿井、中浅层坎儿井及深层坎儿井,针对暗渠与线路交角将坎儿井分为平行跨越坎儿井、斜交跨越坎儿井及垂直跨越坎儿井,针对暗渠半径大小将坎儿井分为大面积坎儿井及小面积坎儿井。(2)在综合考虑坎儿井功能和路基面沉降的基础上,提出了适用于坎儿井地基暗渠临界深度的评判标准。利用Plaxis 3D计算了坎儿井暗渠未支护时的路基沉降规律、暗渠塑性区分布规律以及剪切应变规律,结合临界深度评判标准,得到了暗渠未支护时临界深度为14m。并结合采空区临界深度计算公式得出了暗渠临界深度为15m,与数值仿真计算得到的临界深度符合得较好。(3)研究了暗渠与线路交角对临界深度的影响。利用Plaxis 3D建立了三维仿真模型,研究了交角的三维效应,并得出了临界深度与交角的关系,暗渠与线路交角分别为0°、30°、60°和90°时,暗渠临界深度分别为14m、13m、8m和7m。(4)通过参数敏感性分析了暗渠半径、暗渠截面形式、路基填高和土性参数对坎儿井暗渠临界深度的影响。研究了坎儿井地区暗渠半径、暗渠截面形式、路基填高和土性参数与坎儿井暗渠临界深度的关系。暗渠半径越大,暗渠临界深度越大。城门形暗渠的临界深度大于圆形暗渠。路基填高越高,暗渠临界深度越大。地基土黏聚力越小、内摩擦角越小,暗渠临界深度越大。(5)研究了坎儿井暗渠对无砟轨道高铁路基的影响。利用Plaxis 3D计算了暗渠支护加固后,暗渠对地基稳定性的影响,对比了暗渠支护前后路基沉降规律、暗渠塑性区分布规律与剪切应变规律。并计算了支护前后暗渠安全系数分别为1.2和2.9,得到了暗渠支护形式。