过渡段路基在土柱荷载下的沉降分析.pdf

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1、过渡段路基在土柱荷载下的沉降分析Settlementanalysisoftransitionsectionofsubgradeundertheloadofsoilcolumn杨志鹏(甘肃林业职业技术学院，甘肃天水741020)摘要：本文结合哈一大客运专线，采用有限元软件ANSYS，计算路基在土柱荷载作用下的工后沉降，6个月后的沉降满足不大于15mm的规定，即预压6个月后可铺轨二关键词：路基；沉降变形；ANSYS；土柱荷载Abstract：Thispaperrelyonhaerbin—dalian

2、highspeedrailway．throughcalculatingthepost—constructiondeformationunderofsoilcolumnload．After6months，thelargestsettlementvalueislessthan15mm，sowecanlayrailway．KeyWords：roadbed；deformation；ANSYS；soilcolumnload中图分类号：TU445文献标识码：B文章编号：1003—8965(2016)04一f

3、)119-03在时速超过200km的客运专线上，列车平稳的运行对基础的沉降更加敏感，因此必须严格限制线下工程的沉降量⋯。路基施工完成后，待沉降符合要求后方可铺轨，现有的沉降预测方法主要有三大类12-51。第一类：用分层总和法计算最终沉降量；第二类：根据固结理论．计算最终沉降量及其发展规律；第三类：由现场实测资料推算沉降量与时间的关系。本文针对哈一大线路桥过渡段进行分析，里程为DK752+074．75一DK752+095．74，涉及的地层主要有：第四系上更新统冲积黏质黄土、下伏白垩系下统泥岩：黏质

4、黄土为松软土，具冻胀性，泥岩具有弱膨胀性。工点范围内，路基采用CFG桩加固。1土层流变分析计算模型假定、原则和本构方程的选取1．1模型采用的假定、原则土柱荷载(上部轨道结构和列车荷重相等的荷载)下，路基的工后沉降值反映了路基土的密实度及强度。现阶段没有可靠的路基工后沉降计算理论，本文通过流变力学方法，计算工后沉降并确定铺轨时间。模型顶面宽度为13．6m，路基高度为4．7m，边坡为1：1．5，宽度取120m，深度取70m，采用plane42平面单元。1)边界条件：约束复合地基左右水平位移，下边界为

5、全约束。2)采用复合模量法计算复合地基的弹性模量。3)在流变计算中只考虑土的流变。1．2本构方程的选取按照流变力学方法，土的瞬时弹性应变Ee、粘弹性应变￡ve和粘塑性应变Evp三者迭加，即为土的非线性流变本构模型：占。=占P+占P+占p=p去[·唧㈢，]]+专卜p愕卅+b扣小恃H寻川式中：EH，E女l’E^2各为三个弹簧常数，仇l，叩女2为粘性系数。仇lEkIEⅣrh,2E☆2本文采用开尔文流变模型，如图1所示。E女2El图1开尔女；j；f!蛮模墨!J1．3流变模型参数本文计算中流变模型的参数和

6、下卧层土的参数如表1、表2所示。1．4有限元网格划分有限元网格划分见图2。图2有限元网格划分模型2施工期的土柱荷载为确保铺轨前路基的沉降值不大于客运专线规范限定的允许值，必须在路基上堆载一个由列车荷载和轨道换算成的土柱荷载。单线铁路换算的土柱荷载见表3所示。由于本路基为双线设计．设计土柱荷载如图3所示。19表1开尔文流变模型参数土层厚度《m)EH(kPa)EKl(kPa)EK2(kPa)nK1(kPad)nK2(kPa．d)l黏质黄土20．385X1044．063X1040．618X1045．3

7、82X104405X104表2下卧层土的参数材料E(MPa)泊松比u密度(kg／m3)粘聚力c(kPa)摩擦角由(。)厚度h{m】黏质黄土3．840311950302510泥岩330．26210010014>20—L』．1。．图3轨道与列车荷载换算土柱截面图土柱荷载为：F=(329X2+8+8)X3X9．8／2=331．926kN；土柱荷载均布后的面分布荷载集度q=24．406kN／m23沉降计算3．1路基在土柱荷载作用下的沉降1)经计算，可知路基在土柱荷载作用下，DK752+073、DK752

8、+088、DK752+093三个断面的加固区顶面工后沉降随时间变化图见图4所示。02468时fj』fJ』’图4路基各断面沉降一时间曲线由图可知，前期沉降发展比较快，发展到6个月，沉降曲线趋于平缓，之后以缓慢的速度发展。2)图5、图6、图7分别给出了三个断面加固区顶面的计算值和实测值的对比图。120三篷避l、一盘嚣01234567891011时日Jj】)图6DK752+088加固区顶面对比图01234567891011时川tJ)图7DK752+093加固区顶面对比图表3轨道及列车荷载换算的土柱高度