農(nóng)田灌溉對高速鐵路黃土路堤沉降變形的影響.pdf

1、目前關(guān)于農(nóng)田灌溉引起高鐵黃土路堤沉降變形的計算模型、計算方法研究較少，可供借鑒的經(jīng)驗也不足，然而，高鐵黃土路堤一旦發(fā)生過大的沉降變形輕則會影響高鐵正常運營，重則會引發(fā)重大交通事故，給人民的生命財產(chǎn)安全帶來極大的危害，所以高鐵黃土路堤的安全穩(wěn)定不容忽視。本文在ABAQUS的二次開發(fā)平臺上引入可以考慮黃土濕陷變形的強度、變形劣化方程，從而成功地實現(xiàn)了考慮黃土濕陷特性的高鐵路堤變形分析；然后以農(nóng)田灌溉和水位抬升兩種濕化作用下的高鐵黃土路堤沉降

2、分析為例，分別從灌溉因素、土性相關(guān)參數(shù)、地下水位變化速率和水位抬升位置等角度，研究了各因素對高鐵黃土路堤滲透及變形的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在對黃土力學(xué)特性進行深入分析的基礎(chǔ)上，建立了黃土的變形及強度參數(shù)與含水量的理論關(guān)系，并在ABAQUS的二次開發(fā)平臺上將其編寫成相應(yīng)的計算軟件，擴展了濕化作用下土體弱化問題的分析方法。⑵利用在ABAQUS二次開發(fā)平臺上編寫的相應(yīng)計算軟件，首先將灌溉時間設(shè)定為3天，研究了5mm/hr、1

3、0mm/hr、15mm/hr三種不同的噴灌強度對高鐵黃土路堤滲流場及沉降變形的影響，其次將噴灌強度設(shè)定為10mm/hr，研究了1天、2天、3天三種不同灌溉時間對高鐵黃土路堤滲流場及沉降變形的影響。研究結(jié)果表明：隨著噴灌強度的增大，高鐵黃土路堤監(jiān)測點處的沉降量逐漸增大；當(dāng)噴灌強度為15mm/hr，灌溉結(jié)束時刻灌溉區(qū)入滲深度為4m，高鐵黃土路堤上表面的沉降量為1.2mm～1.6mm；灌溉結(jié)束后7天（即計算時間第10天）時入滲深度達到7m，高

4、鐵黃土路堤上表面沉降量為1.4mm～1.9mm，此時，路堤中心的沉降量為1.7mm。隨著灌溉時間的增加，灌溉區(qū)的入滲深度及入滲范圍均有所增大，進而導(dǎo)致了高鐵黃土路堤監(jiān)測點處的沉降量逐漸增大。⑶從土體飽和滲透系數(shù)分別為2.89×10-6m/s、1×10-6m/s、2.89x10-7m/s以及土體豎向滲透系數(shù)與水平滲透系數(shù)比值分別為2、5、10等方面，研究了飽和滲透系數(shù)及其滲透系數(shù)比對高鐵黃土路堤滲流場及其沉降變形的影響。研究結(jié)果表明：隨著

5、飽和滲透系數(shù)的增大，高鐵黃土路堤監(jiān)測點處的沉降量逐漸增大；當(dāng)飽和滲透系數(shù)為2.89×10-6m/s時，灌溉結(jié)束時刻灌溉區(qū)土體入滲深度為4m，高鐵黃土路堤上表面沉降量為1.2mm～1.6mm；灌溉結(jié)束后7天時，入滲深度為7m，高鐵黃土路堤上表面沉降量為1.3mm～1.8mm，此時路堤中心沉降量為1.6mm。隨著滲透系數(shù)比值增大，高鐵黃土路堤監(jiān)測點處的沉降量逐漸增大；當(dāng)滲透系數(shù)比值為10時，灌溉結(jié)束時刻灌溉區(qū)土體入滲深度為5m，高鐵黃土路堤

6、上表面沉降量為1.2mm～1.6mm；灌溉結(jié)束后7天時，入滲深度達到了10m，高鐵黃土路堤上表面沉降量為1.6mm～2.4mm，此時路堤中心沉降量為2mm。⑷研究了30天上升5米、30天上升10米、180天上升10米三種不同地下水位抬升速率及其25m、50m、100m三種不同水位抬升位置對高鐵黃土路堤不同時間內(nèi)的水位線位置及其沉降變形的影響。研究結(jié)果表明：在水位抬升初期，30天上升5米速率下高鐵黃土路堤產(chǎn)生的沉降量大于180天上升10米

7、速率下路堤沉降量，當(dāng)水位上升一定時間以后，隨著水位抬升速率的增大，高鐵黃土路堤監(jiān)測點處的沉降量逐漸增大；在水位抬升位置不變時，30天上升10米速率條件下水位抬升時間為一年時，高鐵黃土路堤上表面沉降量為16.3mm?17.6mm，路堤中心處沉降量為17.7mm。隨著水位抬升位置距離的減小，高鐵黃土路堤監(jiān)測點處的沉降量逐漸增大；當(dāng)水位抬升速率不變，水位抬升位置距離路堤左坡腳為25m時，水位抬升時間為一年時，高鐵黃土路堤上表面沉降量為20.2

8、～21.4mm，而路堤中心沉降量達到了21.6mm。對于不同形式下的地下水位變化對高鐵黃土路堤沉降變形的影響，由于水位變化初期，水位抬升影響范圍很小，路堤下部土體水位幾乎不受影響，所以初期對高鐵黃土路堤影響不明顯，隨著水位的抬升，水位線兩側(cè)產(chǎn)生較大的高程差，此階段路堤土體沉降規(guī)律呈現(xiàn)出“斜波紋狀”，當(dāng)水位抬升時間足夠長后，水位變化逐漸趨于穩(wěn)定，此時路堤沉降規(guī)律又呈現(xiàn)出“對稱波紋狀”。因此，在高鐵黃土路堤附近進行水利活動足以引起地下水位線