高速铁路路堤稳定和地基沉降影响因素敏感性分析

摘要

高速铁路路基设计需对路堤稳定和沉降进行严格控制，同时对运营高铁路基工后沉降过大的路堤段进行地基补强加固以控制沉降进一步发展亦十分必要。开展基于高速铁路路堤稳定及沉降影响因素分析确立其主控因素从而进行参数优化设计，并针对既有高铁地基沉降超限的病害处理对已有地基局部加固方案进行优化具有重要的工程意义。
　　采用正交设计理论，应用极限平衡分析软件Slope/W对路堤稳定影响因素敏感性进行了分析，采用ABAQUS有限元软件研究了地基沉降的关键影响因素，探讨了地基塑性变形与路堤稳定性间对应关系，对既有高铁地基出现较大塑性变形的情况开展了路堤坡脚处钻孔注浆地基加固方案的优化研究，主要工作如下:
　　(1)针对边坡和地基两种路堤稳定主控条件，基于极限平衡分析方法分别建立了路堤边坡和路堤地基稳定分析模型，采用正交设计方法研究了对应计算模型的各影响因素主次顺序并对均质边坡条件下各影响因素间交互作用进行了深入分析。地基良好条件下路堤边坡稳定性的主要影响因素为路堤填料内摩擦角，均质土坡条件下边坡比与内摩擦角、坡高与黏聚力间存在显著交互作用，取值水平不当会影响各因素的敏感性排序;地基软弱及地表倾斜条件下路堤稳定性主要受地基状态控制，地基土强度和地表坡度是影响路堤稳定的主要因素。
　　(2)采用ABAQUS有限元软件建立了路堤地基一体化有限元计算模型，针对地基良好条件通过正交设计方法分别对路堤沉降和地基沉降影响因素主次顺序进行了分析。路堤沉降影响因素分析结果表明其主要影响因素为路堤填料模量和路堤高度。地基沉降分别采用线弹性和Mohr-Coulomb理想弹塑性两种模型进行计算，基于不同模型的地基沉降影响因素敏感性分析结果得出的关键影响因素一致，均为地基土模量和路堤高度。
　　(3)基于低强度地基条件采用Mohr-Coulomb理想弹塑性模型对地基塑性变形进行了分析，随地基强度减小路堤稳定性降低，地基塑性变形增加趋势明显。对不同路堤高度条件下地基塑性变形y与路堤稳定安全系数x间对应关系采用负幂函数y=axb进行了拟合，路堤高度12m、16m、20m对应的a值依次为0.1169、0.1768、0.2951，b值依次为-6.875、-7.008、-7.052。采用正交设计方法分别探讨了软弱地基条件下地基沉降和地基塑性变形的影响因素敏感性大小，地基沉降主要影响因素为路堤高度和地基土模量，地基塑性变形影响因素主次顺序从大到小依次为路堤高度、地基内摩擦角、地基模量、地基黏聚力，四种因素极差值相差不大，均对地基塑性变形有较大影响。
　　(4)针对既有高铁路基沉降超限的病害情况开展了路堤坡脚处注浆加固的地基补强方案优化分析，依据优化后的地基局部加固方案进行了有限元分析，分析结果表明所提出的四种加固方案可有效限制地基塑性变形，加固效果明显;通过正交设计方法综合分析了加固区域和加固区模量变化对加固效果的影响程度，分析结果表明加固区内侧边界影响最大，斜向注浆加固使加固区内侧边界尽可能靠近地基中心线加固效果最佳。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要工作

第2章 路堤稳定影响因素敏感性分析

2．1 极限平衡分析方法及其在Slope／W中应用

2．1．1 瑞典条分法

2．1．2 Bishop法和简化Bishop法

2．1．3 Janbu法

2．1．4 Morgenstern-Price法

2．2 正交设计理论简介

2．2．1 极差分析方法

2．2．2 方差分析方法

2．3 路堤边坡稳定影响因素分析

2．3．1 计算模型和参数取值

2．3．2 路堤边坡影响因素分析结果

2．3．3 路堤边坡影响因素交互作用分析

2．4 路堤地基稳定影响因素分析

2．4．1 计算模型

2．4．2 计算结果分析

2．5 本章小结

第3章 路堤地基沉降有限元分析

3．1 路堤地基有限元计算模型

3．2 本构关系

3．2．1 线弹性模型

3．2．2 Mohr-Coulomb理想弹塑性模型

3．3．路堤沉降影响因素分析

3．3．1 材料参数

3．3．2 计算结果及影响因素敏感性分析

3．4 线弹性模型地基沉降分析

3．4．1 线弹性材料参数

3．4．2 计算结果及因素敏感性分析

3．5 Mohr-Coulomb理想弹塑性模型地基沉降分析

3．5．1 Mohr-Coulomb理想弹塑性模型材料参数

3．5．2 计算结果及影响因素敏感性分析

3．5．3 地基塑性变形及路堤稳定性分析

3．6 基于路堤稳定性的地基沉降及塑性变形影响因素分析

3．6．1 地基塑性变形随稳定系数变化规律分析

3．6．2 低强度地基变形影响因素分析

3．7 本章小结

第4章 既有高铁路堤地基局部加固方案优化分析

4．1 引言

4．2 计算模型及加固方案

4．3 加固方案有限元计算

4．3．1 均质地基计算

4．3．2 地基加固计算

4．4 地基加固影响因素敏感性分析

4．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文、科研实践及成果