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

1、近年來隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，伴隨地下水開采量的逐年增大，造成我國不儀存在非常嚴(yán)重的區(qū)域性沉降問題，而且高速鐵路沿線地下水開采引起的地面差異性沉降問題也非常突出，其不僅影響著線路的正常使用功能，過大的沉降、差異沉降還會直接影響列車的運營安全。本文在廣泛調(diào)研、收集大量資料的基礎(chǔ)上，對地下水開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采引起地面沉降的主要工作機(jī)制是在地下水位下降過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Fortran語言對地下水位整體升降模塊進(jìn)行了開發(fā)，結(jié)合華北地區(qū)調(diào)研的實際地下水位變化規(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，并對地下水位下降過程中樁基受力進(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，同時當(dāng)?shù)叵滤换厣龝r，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采和深層地下水開采對樁網(wǎng)路基沉降的變形規(guī)律，計算了抽

4、水井距離和抽水量大小對樁網(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)和生活用水對樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基沉降量的最主要區(qū)別在于其開采量的大小，季節(jié)性因素對其影響不大。對比淺層與深層地下水開采對路基沉降的影響，得出在相同的開采量情況下，盡管深層地下水開采使路基產(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，而淺層地下水的開采盡管對路基產(chǎn)生的沉降值小，但對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時產(chǎn)生的沉降量是抽水速度為250m3/d時的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-軌道-樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基動力學(xué)模型之中，通過兩步走的方法研究了抽水井距離與抽水量大小所產(chǎn)生的軌道不平順對列車安全行駛特性、軌道動力響應(yīng)及樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基動力響應(yīng)的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:當(dāng)抽水量一定，抽水井距離越小對列車的安全行駛及結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)影響越大。抽水井距離為200