高速铁路非饱和土路基沉降特性及数值模拟研究

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1、密级：公开工学硕士学位论文高速铁路非饱和土路基沉降特性及数值模拟研究ResearchonSettlementCharacteristicsandNumericalSimulationofUnsaturatedSoilSubgradeofHigh-SpeedRailway培养单位：土木工程学院专业：岩土工程研究生：耿会岭校内导师：冯怀平副教授二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经

2、发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的

3、全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要为满足高速铁路的高速性和舒适性要求路基沉降必须控制在一定范围内，因此准确、合理地预测高铁线路的工后沉降是高铁建设的关键。现场沉降观测数据表明不同饱和度地区的路基沉降量及沉降曲线线性变化较大，曲线评估进行沉降预测的方法大多基于饱和土理论，基于饱和理论的沉降预测方法在工后沉降预测中存在不能准确描述沉降规律和预测值偏小的缺点。因此，研究基于非饱和土的固结沉降稳定问题具有重要价值。结合济青高铁潍坊北站站场路基工程，通过室内非

4、饱和土固结试验、现场沉降监测和理论分析证实了基质吸力对非饱和土固结沉降规律的影响并通过多相耦合计算模型分析揭示了透气、透水系数对固结时间的影响机理，为科学、合理的预测高铁路基沉降提供理论基础和经验参考。以下为文章的主要内容和研究成果。（1）通过非饱和土固结试验，进行了不同基质吸力、轴向压力及干密度的室内固结试验研究。结果表明：基质吸力为影响固结变形时间的主要敏感因素，随着基质吸力的增加固结时间先增大后减小存在峰值。基质吸力处于较高和较低时固结沉降时间均较快完成处于中间值时固结时间明显延长，固结时间与基

5、质吸力的关系曲线呈现“几”字形分布；密度和轴向压力几乎对固结变形时间不起作用，对变形量的影响较为明显。（2）对位于非饱和土地区潍坊段高铁路基进行现场沉降监测，监测成果表明相对于饱和度较小的郑西客运专线和饱和度较高的武广高铁，该观测区段固结沉降时间较长；针对沉降曲线线形多变、相关系数不高的特点对比了泊松曲线、双曲线法、指数曲线法、三点法和基于VG模型的非饱和土沉降预测模型，并提出了偏差度、稳定度的概念对以上方法进行评价，结果表明基于VG模型的非饱和土沉降预测模型预测结果偏于安全且拟合度、预测精度均较高。

6、（3）利用多相耦合有限元程序对非饱和土固结时间问题进行数值分析计算，证实了基质吸力对固结时间影响明显，基质吸力与固结时间的关系呈“几”字形分布，揭示了不同基质吸力所对应透水系数和透气系数不同是影响固结时间的关键因素。用实测试验数据与程序计算结果对比，验证程序的适用性。关键词：高速铁路；非饱和土；固结特性；沉降；VG模型；渗透系数AbstractInordertomeetthehighspeedandcomfortofhighspeedrailway,subgradesettlementmustbeco

7、ntrolledinacertainrange.Theprecisepredictionofpost-constructionsettlementisoneofthekeytechniquestoensurethequalityofthehigh-speedrailwayconstructionproject.Thein-situobservationdatashowthattheshapesofsettlementvarygreatlyunderdifferentunsaturatedconditi

8、ons.Limitationsandrisksareobservedtopredictunsaturatedsettlementusingthetraditionalpredicationmethodsbasedonthesaturatedtheory.Therefore,itisofgreatvaluetostudytheconsolidationandsettlementproblembasedonunsaturatedsoil.Influenceo