鄭西客運(yùn)專線黃土地基振（震）陷研究.pdf

1、鄭西客運(yùn)專線(高速鐵路)是我國(guó)在黃土地區(qū)修建的第一條高速鐵路，最高時(shí)速達(dá)350km，全線鋪設(shè)無(wú)碴軌道。它與普通線路的有碴軌道相比，對(duì)路基沉降的變形要求更高、更嚴(yán)。由于客運(yùn)專線部分經(jīng)過(guò)高烈度的巨厚黃土區(qū)，因此黃土震陷是路基抗震設(shè)計(jì)中必須考慮的重要問(wèn)題之一。另一方面，列車長(zhǎng)期振動(dòng)引起的黃土地基附加沉降(振陷)是路基抗震設(shè)計(jì)中必須考慮的另一個(gè)重要問(wèn)題。為此，本文基于國(guó)內(nèi)外有關(guān)震(振)陷的研究現(xiàn)狀，在綜合分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合鐵道部重大科研課題開(kāi)展

2、了高速鐵路黃土地基震(振)陷的研究和試驗(yàn)工作。 本文在對(duì)線路區(qū)域的環(huán)境地質(zhì)條件、工程地質(zhì)特征分析的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了多種黃土動(dòng)、靜力學(xué)試驗(yàn)，系統(tǒng)的探索了黃土路基在地震和列車振動(dòng)作用下的震(振)陷變形及其相關(guān)問(wèn)題。研究中采用現(xiàn)場(chǎng)勘察、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合；定性綜合分析與定量、半定量分析相結(jié)合；線性與非線性理論相結(jié)合；模擬與計(jì)算相結(jié)合，取得了一些較有價(jià)值的研究成果，主要包括： (1)收集整理了鄭-西客運(yùn)專線沿線的環(huán)境地質(zhì)和工

3、程地質(zhì)資料，并通過(guò)野外勘察，全面了解客運(yùn)專線的工程地質(zhì)情況，通過(guò)土的常規(guī)物理、力學(xué)試驗(yàn)，獲取沿線黃土的一系列物理和靜力學(xué)參數(shù)。 (2)在鄭一西客運(yùn)專線沿線進(jìn)行了一定數(shù)量的現(xiàn)場(chǎng)剪切波速測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明剪切波速隨深度呈指數(shù)關(guān)系增大。根據(jù)波速測(cè)試和震陷試驗(yàn)結(jié)果，建立了利用剪切波速預(yù)測(cè)黃土震陷的回歸模型。 (3)將長(zhǎng)持時(shí)的正弦荷載通過(guò)動(dòng)三軸施加在原狀黃土上，研究了黃土在這種特殊荷載下的殘余應(yīng)變(振陷)特征。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)不同

4、高度路堤在機(jī)車長(zhǎng)持時(shí)振動(dòng)荷載下的沉降量進(jìn)行了簡(jiǎn)化計(jì)算。結(jié)果表明，振陷量隨路堤增高而減小，隨振次的增加而增大。同時(shí)，還建立了黃土振陷的預(yù)測(cè)模型。 (4)根據(jù)該沿線地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果，對(duì)典型黃土場(chǎng)地(華陰、潼關(guān)、靈寶、偃師)進(jìn)行了人工地震波合成。將合成的地震波通過(guò)動(dòng)三軸直接施加到客運(yùn)專線沿線原狀黃土樣上來(lái)研究黃土的震陷性。根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)四個(gè)研究區(qū)的黃土震陷量進(jìn)行了估算，評(píng)價(jià)了場(chǎng)地震陷性。結(jié)果表明：在地震超越概率2％作用下華陰、潼

5、關(guān)場(chǎng)地可產(chǎn)生嚴(yán)重震陷，靈寶場(chǎng)地可產(chǎn)生輕微震陷；在地震超越概率10％作用下華陰、潼關(guān)、靈寶場(chǎng)地可產(chǎn)生輕微震陷；在以上情況下，偃師場(chǎng)地?zé)o震陷性。 (5)將模糊信息優(yōu)化處理技術(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合提出了一種模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并將其應(yīng)用于震陷的預(yù)測(cè)中。這種方法，彌補(bǔ)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)處理方面的不足以及信息擴(kuò)散在計(jì)算方面的缺陷。通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，這種方法在預(yù)測(cè)震陷系數(shù)上，優(yōu)于多元回歸方法。 (6)利用掃描電鏡、GIS、分形理論等對(duì)黃土震陷

6、前后黃土微結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)黃土的震陷性主要是由弱膠結(jié)粒間孔隙、架空孔隙微結(jié)構(gòu)的變化所造成的，分形理論結(jié)果能夠較好的反映震陷前后黃土孔隙的變化規(guī)律。 (7)分析了黃土震陷的影響因素，將黃土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為微觀的彈塑性模型，進(jìn)而對(duì)黃土震陷的機(jī)理進(jìn)行了初步探討。 (8)利用FLAC軟件建立了潼關(guān)、華陰等四個(gè)區(qū)域的黃土路基彈塑性動(dòng)力分析模型，輸入人工地震波，對(duì)黃土地基沉降進(jìn)行了動(dòng)力分析，得到了不同地震荷載下的路基黃土震陷量。同時(shí)還