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浸水条件下湿陷性黄土地区高速铁路复合地基渗流有限元分析

李英杰  
【摘要】:郑州至西安铁路客运专线是我国也是世界上第一条在湿陷性黄土地区建设的高速客运专线。郑西客运专线沿线黄土分布广泛,约占全线总长度的80%,其中湿陷性黄土区段占全线总长度的65%,自重湿陷性黄土占线路总长度的27%。与普通铁路相比,高速铁路对路基的沉降要求更高,因此湿陷性黄土地基处理是郑西客运专线的重点控制工程。黄土湿陷性是湿陷性黄土在一定压力(自重或外荷载)作用下,受水浸湿原有土体结构发上破坏而产生的下沉变形,水的渗流作用既会使得黄土产生湿陷性变形,又会受到湿陷变形的影响,由此可见水对黄土的影响非常明显,因此研究渗流对黄土路基变形的影响具有重要的实践和理论意义。 为探究渗流对黄土影响范围及程度,进而为黄土处理及变形计算提供依据,本文基于郑西客运专线湿陷性黄土路基处理试验及浸水试验,主要研究内容如下: (1)渗流场与温度场相似度的比较,进而得出利用ANSYS温度场模块模拟渗流场的合理性。 (2)汇总郑西客运专线试验的相关资料,分析相关数据,为下一步建立有限元模型提供基本参数。 (3)使用大型有限元软件ANSYS建立非饱和湿陷性黄土渗流有限元模型,运用含水率作为渗流的基本变量,通过对郑西客运专线浸水试验结果的反演得出地基经过强夯处理后不同含水率下的渗透系数,并利用这个渗透系数对没有补给的水源地渗流模拟。 (4)使用大型有限元软件ANSYS建立未经过处理的湿陷性黄土地基渗流有限元模型,运用含水率作为渗流的基本变量,模拟降雨后一段时间内存在补给水和没有补给水的情况下的渗流情况,并与试验及上一节模拟情况做出对比,验证地基强夯效果。 (5)使用大型有限元软件ANSYS建立饱和湿陷性黄土渗流有限元模型,运用水头作为渗流的基本变量,得出湿陷性黄土在饱和情况下的竖直和水平方向渗流范围及程度。考虑重力情况下将竖直方向的渗透系数加大一定倍数,模拟重力情况下的渗流范围。 (6)将有限元模拟出的结果与现场实测资料对比,得出强夯地基处理效果以及利用水头和含水率作为基本变量计算渗流作用适用范围及条件。


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