高铁简支梁桥跨隐伏地裂缝带影响范围及跨长研究

摘要

地裂缝是一种典型的地质灾害，其中隐伏地裂缝由于并未出露地表，所以一般常被人们所忽视，但近年来由于隐伏地裂缝活动造成了众多道路、桥梁以及房屋的破坏，因此对于隐伏地裂缝的研究日渐兴起。大西客运专线高速铁路（大西高铁）途径汾渭地堑断陷盆地中的运城、临汾以及太原盆地，沿线地裂缝十分发育，截止目前共发现21条（带），与线路交汇36处，其中出露相交9处，隐伏相交27处，隐伏相交地裂缝占总数的75％，这为大西高铁的安全运营埋下了严重的安全隐患，同时目前国内外对于隐伏地裂缝对高铁桥梁的影响研究甚少，因此开展隐伏地裂缝活动对高铁桥梁的影响研究具有重要理论意义和工程实用价值。
　　本文以大西高铁桥梁跨越沿线隐伏地裂缝为背景，首先通过现场调查、地裂缝专项勘察及统计分析等手段，查明了大西高铁位于山西境内沿线隐伏地裂缝基本特征及活动性并针对相应工点进行了工程设防综合评价，然后采用规范法、勘察法、力学分析法及数值模拟计算法综合确定了典型地裂缝影响区域的宽度为上盘25m，下盘14m。在此基础上，基于Midas GTS有限元数值方法，通过不同跨长（L=24m，32m和40m）不同角度（θ=45°，60°和90°）高铁简支梁桥跨越隐伏地裂缝带的数值模拟计算，从位移、应力、应变及结构内力等多方面综合分析了位于地裂缝两侧土体—桩基础—简支梁桥的变形破坏模式及相互关系，揭示了隐伏地裂缝错动情况下不同交角、不同跨长高铁简支梁桥的变形破坏机理及规律，即随着交角的减小，跨越段箱梁纵向受力模式为整体受拉→局部受拉→整体拉扭，地裂缝上盘区箱梁主要承受压应变，地裂缝下盘区箱梁主要承受拉应变，拉、压应变整体呈现反对称规律，且拉、压应变均随着跨长的增大而减小。最后确定了隐伏地裂缝与高铁线路不同交角情况下最合理跨长，即正交跨长取32m，斜交跨长均取40m，同时从结构安全和造价经济的角度提出了高铁桥梁通过隐伏地裂缝带的防治对策。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 研究思路及技术路线

第二章 大西高铁沿线隐伏地裂缝的基本特征及评价

2.1 区域地质背景

2.2 大西高铁沿线隐伏地裂缝发育特征及评价

第三章 隐伏地裂缝场地影响区范围的确定

3.1 地方规范规定的影响带宽度

3.2 地裂缝专项勘察确定的地裂缝影响带宽度

3.3 张剪型隐伏地裂缝破裂扩展模式力学分析影响范围

3.4 有限元计算确定隐伏地裂缝影响带范围

3.5 隐伏地裂缝影响带宽度的综合确定

第四章 正交跨越隐伏地裂缝高铁简支梁桥跨长分析

4.1 实体工程概况

4.2 正交有限元计算模型

4.3 材料本构模型及参数

4.4 边界条件及关键技术处理

4.5 计算工况

4.6 计算结果及分析

4.7 小结

第五章 60°斜交跨越隐伏地裂缝高铁简支梁桥跨长分析

5.1 有限元模型建立

5.2 材料本构模型及参数

5.3 边界条件及关键技术处理

5.4 计算结果及分析

5.5 小结

第六章 45°斜交跨越隐伏地裂缝高铁简支梁桥跨长分析

6.1 有限元模型建立

6.2 材料本构模型及参数

6.3 边界条件及关键技术处理

6.4 计算结果及分析

6.5 小结

第七章 高铁桥梁跨隐伏地裂缝带防治对策

第八章 结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢