郝連學(xué)

摘要：本文使用ADINA有限元軟件，模擬傳統(tǒng)AB填料高速鐵路路基與二灰改良風(fēng)積土路基在列車荷載作用下的沉降及荷載響應(yīng)情況，用以評(píng)估二灰改良風(fēng)積土在高速鐵路建設(shè)上的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：改良風(fēng)積土;有限元;沉降及荷載

中圖分類號(hào)：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-9129（2020）08-0095-01

由遼西風(fēng)積土的基本物理、力學(xué)試驗(yàn)和土動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)可知，遼西風(fēng)積土是一種工程性質(zhì)很不理想的粉質(zhì)粘土，其土性指標(biāo)匯總?cè)缦卤?所示。由于遼西風(fēng)積土靜、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)較差，作為構(gòu)筑物地基土，如果不對(duì)其進(jìn)行土體改良或者特殊加固，很可能出現(xiàn)各種工程事故，比如基礎(chǔ)不均勻沉降、地基土振（震）動(dòng)液化、地基振（震）陷等等。

隨著遼西地區(qū)交通事業(yè)的發(fā)展，特別是高速鐵路的發(fā)展，對(duì)遼西風(fēng)積土地基進(jìn)行加固及改良就顯得尤為必要。作者已對(duì)二灰（石灰、粉煤灰）改良風(fēng)積土的動(dòng)強(qiáng)度特性進(jìn)行了試驗(yàn)，研究表明通過在風(fēng)積土中摻入適當(dāng)?shù)氖摇⒎勖夯?，可以顯著提高風(fēng)積土的動(dòng)強(qiáng)度，改良后的風(fēng)積土破壞動(dòng)強(qiáng)度可達(dá)到254kPa，動(dòng)內(nèi)凝聚力可達(dá)到73.9kPa，動(dòng)內(nèi)摩擦角可達(dá)到26.7°。

1 模型設(shè)計(jì)

本文采用哈大高鐵沈陽(yáng)蘇家屯某試驗(yàn)段作為計(jì)算模型，繪制了路堤設(shè)計(jì)圖。高鐵地基由CFG樁加固，形成CFG樁復(fù)合地基，為了簡(jiǎn)化計(jì)算模型，不考慮樁土耦合關(guān)系，直接把該部分作為復(fù)合地基處理，使用統(tǒng)一的計(jì)算參數(shù)。CFG樁復(fù)合地基變形模量計(jì)算方法為

高鐵路基由上到下分別為級(jí)配碎石、砂礫層、土工織布、砂礫層、非凍土和A、B組料填土。地基可影響土層分為兩類，0～9.5m為粉質(zhì)粘土，9.5m以下為圓礫。為保證地基有足夠強(qiáng)度，粉土層設(shè)置CFG樁組成復(fù)合地基，樁長(zhǎng)為9.5m。CFG樁復(fù)合地基置換率為0.09，粉質(zhì)粘土變形模量為18MPa，CFG樁變形模量為23000MPa，通過式（1）算得復(fù)合模量為2086MPa。

考慮到路基的對(duì)稱性，取半幅地基和路基進(jìn)行分析。計(jì)算范圍，地面以下豎向取30m，即復(fù)合地基加固區(qū)高度的兩倍，橫向取27.6m，即超過路基地面寬度的兩倍。邊界約束條件為：在地基土的下部邊界因?yàn)檫h(yuǎn)離CFG復(fù)合地基加固區(qū)，荷載影響很小，視為無位移的固定邊界，中心對(duì)稱面和側(cè)面各節(jié)點(diǎn)限制水平位移，路基表面為自由邊界。按照設(shè)計(jì)圖建立計(jì)算模型，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

2 計(jì)算結(jié)果及分析

在列車荷載作用下，高鐵路基填料分別為AB組料和二灰改良風(fēng)積土?xí)r的變形云圖，路基在列車荷載作用下，豎向位移最大處位于路基頂面道軌。

從路基頂面在列車荷載作用下的豎向位移時(shí)程曲線可知在列車動(dòng)荷載作用下，路基頂面在最初10s內(nèi)豎向位移增長(zhǎng)很快，隨著振動(dòng)時(shí)間的增長(zhǎng)，豎向位移變化較小，趨向于最大豎向位移。AB組填料路基的最大豎向位移為0.017m，二灰改良風(fēng)積土填料路基的為0.024m，兩種填料的路基豎向位移相差較小，可以認(rèn)為二灰改良風(fēng)機(jī)土也是一種比較理想的高鐵路基填料。從路基中線以下各深度處的最大豎向位移圖中可知，兩者的地基部分豎向位移基本相同，但是在路基部分AB組料路基豎向位移更平緩，使用AB組料作為高速鐵路路基填土更為合理。

3 小結(jié)

本文使用ADINA有限元軟件，模擬傳統(tǒng)AB填料高速鐵路路基與二灰改良風(fēng)積土路基在列車荷載作用下的沉降及荷載響應(yīng)情況。對(duì)比分析了兩種路基頂面最大豎向位移隨振動(dòng)時(shí)間的關(guān)系，以及路基與地基各深度處的豎向位移。研究表明，傳統(tǒng)AB填料高速鐵路路基的使用效果更好，抗振陷能力要好于二灰改良風(fēng)積土路基，但是二灰改良風(fēng)積土高速鐵路路基的振陷也較小，仍然在允許的范圍內(nèi)。在遼西地區(qū)修建高速鐵路，考慮到經(jīng)濟(jì)性，二灰改良風(fēng)機(jī)土作為高鐵路基不失為一種好的選擇。但是本章對(duì)路基和地基的材料、荷載和邊界條件均進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化，模擬計(jì)算的結(jié)果與真實(shí)情況也存在很大差距。因此，為了更好的論證二灰改良風(fēng)積土作為高鐵路基填料的可行性，需要進(jìn)行相應(yīng)的室內(nèi)及室外試驗(yàn)。

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