鄭西客運專線黃土地基振（震）陷研究.pdf

1、鄭西客運專線(高速鐵路)是我國在黃土地區(qū)修建的第一條高速鐵路，最高時速達350km，全線鋪設無碴軌道。它與普通線路的有碴軌道相比，對路基沉降的變形要求更高、更嚴。由于客運專線部分經(jīng)過高烈度的巨厚黃土區(qū)，因此黃土震陷是路基抗震設計中必須考慮的重要問題之一。另一方面，列車長期振動引起的黃土地基附加沉降(振陷)是路基抗震設計中必須考慮的另一個重要問題。為此，本文基于國內(nèi)外有關(guān)震(振)陷的研究現(xiàn)狀，在綜合分析的基礎上，結(jié)合鐵道部重大科研課題開展

2、了高速鐵路黃土地基震(振)陷的研究和試驗工作。 本文在對線路區(qū)域的環(huán)境地質(zhì)條件、工程地質(zhì)特征分析的基礎上，開展了多種黃土動、靜力學試驗，系統(tǒng)的探索了黃土路基在地震和列車振動作用下的震(振)陷變形及其相關(guān)問題。研究中采用現(xiàn)場勘察、現(xiàn)場測試與室內(nèi)試驗相結(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；模擬與計算相結(jié)合，取得了一些較有價值的研究成果，主要包括： (1)收集整理了鄭-西客運專線沿線的環(huán)境地質(zhì)和工

3、程地質(zhì)資料，并通過野外勘察，全面了解客運專線的工程地質(zhì)情況，通過土的常規(guī)物理、力學試驗，獲取沿線黃土的一系列物理和靜力學參數(shù)。 (2)在鄭一西客運專線沿線進行了一定數(shù)量的現(xiàn)場剪切波速測試，測試結(jié)果表明剪切波速隨深度呈指數(shù)關(guān)系增大。根據(jù)波速測試和震陷試驗結(jié)果，建立了利用剪切波速預測黃土震陷的回歸模型。 (3)將長持時的正弦荷載通過動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變(振陷)特征。根據(jù)試驗結(jié)果，對不同

4、高度路堤在機車長持時振動荷載下的沉降量進行了簡化計算。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，還建立了黃土振陷的預測模型。 (4)根據(jù)該沿線地震危險性分析結(jié)果，對典型黃土場地(華陰、潼關(guān)、靈寶、偃師)進行了人工地震波合成。將合成的地震波通過動三軸直接施加到客運專線沿線原狀黃土樣上來研究黃土的震陷性。根據(jù)試驗的結(jié)果，對四個研究區(qū)的黃土震陷量進行了估算，評價了場地震陷性。結(jié)果表明：在地震超越概率2％作用下華陰、潼

5、關(guān)場地可產(chǎn)生嚴重震陷，靈寶場地可產(chǎn)生輕微震陷；在地震超越概率10％作用下華陰、潼關(guān)、靈寶場地可產(chǎn)生輕微震陷；在以上情況下，偃師場地無震陷性。 (5)將模糊信息優(yōu)化處理技術(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡相結(jié)合提出了一種模糊神經(jīng)網(wǎng)絡模型，并將其應用于震陷的預測中。這種方法，彌補了神經(jīng)網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)處理方面的不足以及信息擴散在計算方面的缺陷。通過實例驗證，這種方法在預測震陷系數(shù)上，優(yōu)于多元回歸方法。 (6)利用掃描電鏡、GIS、分形理論等對黃土震陷

6、前后黃土微結(jié)構(gòu)變化進行分析發(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)簡化為微觀的彈塑性模型，進而對黃土震陷的機理進行了初步探討。 (8)利用FLAC軟件建立了潼關(guān)、華陰等四個區(qū)域的黃土路基彈塑性動力分析模型，輸入人工地震波，對黃土地基沉降進行了動力分析，得到了不同地震荷載下的路基黃土震陷量。同時還