工后沉降的数值分析

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1、郑西高速客运专线填料改良及地基处理工程试验研究报告3路基工后沉降的数值分析兰州交通大学铁道第二勘察设计院二OO五年元月29目录1计算模型……………………………………………………………………………………12计算参数…………………………………………………………………………………23计算荷载……………………………………………………………………………………24工后沉降计算标准…………………………………………………………………………35计算内容……………………………………………………………………………………36计算结果……………………………………………

2、………………………………………36.1路基本体沉降量……………………………………………………………………36.2天然黄土地基总沉降量及工后沉降量……………………………………………47强夯地基沉降量计算………………………………………………………………………108灰土挤密桩和CFG桩地基沉降量计算……………………………………………………169按工后沉降3cm控制的情况………………………………………………………………2310结论………………………………………………………………………………………2629湿陷性黄土属于非饱和的欠压密土，具有较大的孔隙率

3、和偏低的干密度，是其产生湿陷性的根本原因，湿陷性黄土的最大特点是:在土的自重压力和土的附加压力与自重压力共同作用下受水浸湿时将发生急剧而大量的附加下沉现象。新建铁路郑州至西安客运专线三门峡市辖区段处于低山丘陵区，沿线大部分地段通过黄土堆积地貌单元。黄土地区占线路总长约85%。该线为时速200km/h以上的一次双线客运专线铁路。对路基填料（含基床底层）的压实度和工后沉降要求将会十分严格。根据日本和法国及德国的经验，满足高速铁路的轨道平顺性除要严格控制路基的均匀沉降外，不均匀沉降控制更为关键。因此，本报告采用分层总和法和平面有限元方法对黄土地段的

4、几种地基处理措施进行了分析研究，得出了一些有益的结论，为工程设计和施工提供参考。1计算模型采用平面有限元方法对其进行分析，并采用弹塑性本构模型（Drucker－Prager）。选取的计算区域为：黄土地基竖向尺寸取为黄土层的厚度，根据不同情况分别选取8m、12m、15m，横向分析长度取为路堤宽度以外20m。其边界条件如下：顶面为自由表面，两边为横向约束，底面为固定约束。采用ANSYS有限元分析软件，计算路基总沉降量。图1为双线路堤标准横断面；图2为有限元分析模型。图1双线路堤标准横断面29图2计算模型（H≤8m）2计算参数计算分析中有关土层及路

5、基材料参数，参照工程地质手册、铁路路基规范以及现场试坑和钻孔资料。具体数值见表1。表1计算参数序号部位弹性模量(MPa)泊松比粘聚力(kPa)内摩擦角(°)密度(t/m3)1基床表层1900.33380301.952基床底层500.33370281.903路基本体250.3560251.854灰土垫层400.27200381.85复合地基5、7.5、10、15、20、250.3100301.86天然黄土层2、3、5、80.330281.657黄土层以下150.3－－1.653计算荷载按土体在自重作用下的应力计算(自重应力场)。同时考虑列车活载

6、的作用。列车荷载为ZK活载和中活载。根据《京沪高速铁路设计暂行规定》，取换算土柱宽为3.4m，高分别为2.7m和3.0m（当容重为20kN/m3）。沉降计算按单线有车进行考虑。当采用分层总和法计算沉降时，黄土层较厚时，取压缩层深度满足条件：，当黄土层较薄时（本报告取黄土层厚度为8m、12m、15m29）就取此黄土层厚度。有限元法计算沉降时，不论土层有多厚，均计入。4工后沉降计算标准郑西客运专线要求工后沉降量不大于5cm。《京沪高速铁路设计暂行规定》定义工后沉降量为基础设施铺轨时的沉降量与最终形成的沉降量之差，我们把此定义简称为标准一；根据经验

7、，黄土地基因填土自重所产生的压缩下沉量，大部分已在施工期间完成，约占地基总沉降量的80％～90％。另外，地基的工后沉降也仅占路基沉降的小部分，约为10％～20％。所以，计算时把地基的工后沉降占地基总沉降的10％考虑，简称标准二；把地基的工后沉降占地基总沉降的20％考虑，简称标准三。后两种标准可以作为标准一的参考。5计算内容（1）根据郑西线实际湿陷性黄土的分布情况，选取黄土层厚度分别为D＝8m、12m和15m进行计算。（2）路堤高度选取了3种有代表性的高度，分别为H=4m、6m、8m。（3）天然黄土的压缩模量选取了4种情况，分别为Es＝2MPa

8、、3MPa、5MPa、8MPa。当采用强夯、灰土桩或CFG桩处理时，此模量为未加固部分的模量。（4）强夯地基的处理厚度按Dh＝4m和Dh＝6m进行计算。（5）灰土挤