地裂缝对高速铁路路基影响模型实验研究

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1、地裂缝对高速铁路路基影响模型实验研究第一章绪论1.1研究背景与意义随着我国经济的迅速发展，城市人口高度集中，长期以来铁路运输能力超负荷和限制型运输状态的局面越来越突出，严重制约了我国社会经济快速和可持续发展。为了使我国铁路运输能力满足国民经济和社会发展需要，2004年国务院批准了《中长期铁路网规划》，到2020年，我国铁路将形成以京沪、京广、京哈、沪深及陇海、浙赣、青石太及沪汉蓉等四纵四横客运专线为主体，城际客运专线为扩充的快速客运专线1万公里，总规模3万公里的快速客运网络。目前，京津、武广、郑西、石太、哈大等16条时速200km及以上的客运专线和城际高铁相继

2、建成，建设规模达到5600km，随着京沪、京石、石武、津秦等10条客运专线的相继建设，建设规模将达到1.6万km。由此可见，我国的铁路建设已经进入一个全新的阶段。但是在高速铁路修建的过程中面临诸多如高速铁路路基穿越地裂缝带等的工程地质和岩土工程问题。地裂缝是一种典型的地质灾害，中国的地裂缝发育十分明显[1]。大同至西安高速铁路穿越了多条地裂缝。从地质背景来看大西铁路客运专线经过的这一地带，是以活动断层和地裂缝而闻名的汾渭地堑系（图1-1），活断层和地裂缝非常发育，活动强烈。20世纪中后期以来，在汾渭盆地许多地区先后出现地裂缝灾害。迄今为止，已有50余个县市、3

3、00余处发现地裂缝，总计400余条。汾渭地堑已成为我国、乃至世界地裂缝最发育、成因最复杂、破坏性最强、区域性特点最典型的地区之一（图1-2）。那么如何解决高速铁路路基穿越地裂缝的问题呢？地裂缝未来活动作用下高速铁路路基的变形破坏特征如何？其影响范围是多少？等等一系列的问题如不很好的解决，将会对高速铁路建设及建设成后的安全运行带来无法估量的危害和损失。高速铁路路基穿越地裂缝的病害重在预防，开展前期的地裂缝对高速铁路路基的影响研究，根据实际条件采取可靠的预防和控制破坏设计，是做好高速铁路路基病害防治的关键。因此，开展地裂缝活动对高速铁路路基的影响机制研究具有十分重

4、要的理论意义和工程实用价值。1.2国内外研究现状我国在地裂缝的研究方面有非常系统、深入的研究。古今中外对地裂缝都有的记载，以我国为最早、最多，史书上能查到历史时期多次发生过地裂缝灾害，如《太平御览》记载五月城中地陷30丈，地裂缝广及我国东部，以华北为最多。地裂缝作为一种地面变形地质灾害现象，在世界各地都普遍存在，不同成因的地裂缝对人类的生产、建设和人民生活的影响往往是不一样的。地裂缝不仅造成了各类工程建筑的直接破坏，也会引起一系列的环境问题，引起了国际地学界的关注[2]，世界上许多国家开展了细致的研究工作，为地裂缝进一步深入奠定了良好的基础。国外对于地裂缝的记

5、载最早于19世纪英国著名自然科学家C.莱伊尔曾的著作《地质学原理》，在书中描述了不同地裂缝的成因。进入20世纪，随着自然科学和工业建设的发展及地震科学研究的深入，世界各地发现地裂缝的数量越来越多。据国外地裂缝研究成果的检索，国外地裂缝问题的研究以美国开展得最广泛，研究程度较深[3-9]。目前，美国的地裂缝研究主要集中在其国土西南部新构造活动比较活跃的盆地和谷地中。关于地裂缝成因的分析，美国学者们形成了三种不同的观点，即构造成因观点、地下水开采成因观点及构造与地下水开采复合成因观点。第二章大西铁路客运专线沿线地裂缝的基本特征2.1区域地质背景汾渭盆地地处黄河流域

6、的中游，是中华民族的发祥地、农业发达、交通便利之地区，现今仍是我国的经济核心区、人口稠密区和重大工程重点建设区之一。这一地区又以地质灾害频繁、灾种多、对城市工程影响大而闻名于世。有史料记载以来，该盆地已发生5级以上破坏性地震近百次，其中8级地震2次，7－7.9级地震6次，6－6.9级地震25次，成为举世闻名的汾渭地震带。这些强烈地震造成崩滑、地裂缝等地质灾害，摧毁城镇，人员大量伤亡。二十世纪中后期以来，在汾渭地堑带的大同、太原、榆次、临汾、运城、西安及咸阳等大中城市先后出现地裂缝和地面沉降灾害，迄今为止，已有50余个县市、400余处发现地裂缝，总计500余条。

7、地裂缝所经之处，地面及地下建筑物遭到严重破坏，尤其是对城市地下铺设的供水、供气、排水系统以及地铁隧道、高速铁路造成严重威胁。大西铁路客运专线沿线地裂缝主要分布在山西断陷盆地，渭河盆地也有少量出现，本章将重点阐述山西断陷盆地内大西铁路客运专线沿线的地裂缝活动特征。2.2高铁沿线地裂缝发育规律及特征根据山西地面沉降与地裂缝调查成果，山西断陷盆地及峨嵋台地共发现有地裂缝271条（带）（见图2-2）。按照地域（地貌单元）统计，运城盆地地裂缝最为发育，不但出现历史久，而且分布范围广，密度大，共有地裂缝92条（带），占山西断陷盆地地裂缝总数的34％；太原盆地共有地裂缝83

8、条（带），占山西断陷盆地地裂缝总数的3