渗流-溶蚀-应力耦合作用下盐岩路基稳定性分析

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1、实验与研究渗流-溶蚀-应力耦合作用下盐岩路基稳定性分析Stabilityanalysisofsaltrockssubgradeunderthecoupledactionofstressandseepage毛志童朱彦鹏(兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州730050)摘要：建立了盐岩路基渗流-溶蚀-应力耦合作用下的控制方程，并进行了求解。给出了多场耦合作用下盐岩路基稳定性评价方法。将建立的方法应用于工程实例，进行了多场耦合分析。结果表明：提出的模型是一种实用、可行的方法，为盐岩路基的稳定性评价提供了理论基础

2、。关键词：盐岩；路基；溶蚀作用；多场耦合；稳定性Abstract：Formationofcontrolequationisestablishedunderthecoupledactionofseepage-corrosion-stress,andasolutionwascarriedout.Manyfieldcouplingisgivenundertheactionofhaliteroadbedstabilityevaluationmethod.Theestablishmethodisappliedtoa

3、nengineeringexample,thefieldcouplinganalysis.Theresultsshowthattheproposedmodelisapractical,feasiblemethod,forgypsumroadbedstabilityevaluationprovidesatheoreticalbasis.Keywords：saltrock；subgrade；dissolution；manyfieldcoupling；stability中图分类号：TU472.3+4文献标识码：

4、B文章编号：:1003-8965(2014)06-0048-031引言态。在有限元计算时，反复折减强度参数，如果模型不收敛，对应的F值就是最小稳定安全系数。近年来，受异常气候的影响，造成格尔木河、收工河等河流的入湖径流剧增，导致青藏铁路察尔汗盐湖段的3渗流-溶蚀-应力三场耦合控制方程达布逊湖、团结湖的湖水面积迅速扩大，低矿化度湖水向盐湖路基渗流和漫溢，在察尔汗车站南段有8km多线路3.1渗流方程∂(nρ)左侧有大量卤水浸泡，已严重威胁到岩盐路基的稳定性及div(ρq)=∂t（4）列车的安全运营。岩盐填筑的

5、路基极易受未饱和湖水的溶在三维状态下，取自然坐标，其渗流本构方程为：蚀，轻者卤水浸泡使岩盐填筑的路基松软，沉降量加大和3∂∂ppwqk=,,qk=k=产生不均匀沉降变形，重者低矿化度卤水溶蚀路基，使路12fff∂∂ssu12（5）12基基底的岩盐形成空洞或蜂窝煤状结构，使路基强度严重∂(nρ)∂∂∂∂nwρρ降低，同时在这段路基附近钾肥生产与日俱增，大量开采=+=+ρnnρρ∂t∂∂∂∂tttt（6）使得路基两边卤水水位形成很大的压差，给低矿化度卤水横穿铁路路基提供了有利条件。因此，对路基的溶蚀机理将式(

6、5.25)、(5.26)代入式(5.24)得：进行研究，提出合理的治理方案显得尤为重要。22∂∂∂∂ppwρkk+=+ρρnff22∂∂∂∂sstt（7）122稳定性计算方法式中：p为裂缝中的水压；w为盐岩张开度；kf为渗透系数；n为空隙率；s1与s2为切向自然坐标。用有限元计算围岩稳定性评价思想是沿松动圈面抗3.2变形方程剪强度与松动圈面上实际剪应力的比值，即由平衡方程可得：∫s(c+σφtan)ds()λµµ++µ+=F0（8）F=jij,,µijji∫τds（1）由于岩层压裂后，形成裂缝，裂缝的变形

7、就需采用s将上式两边同除以安全系数F得到GOODMAN节理单元模型，其控制方程为'''ctanφσn=KKnnεσ,,s=ssεσσn=n−p（9）∫+σds∫''sFF(c+σφtan)ds式中：λ，μ为岩体的拉梅常数；μ为岩体位移；s1==∫∫ssττdsds（2）Fi为体积力。式中c为粘聚力，φ为内摩擦角，τ土体抗剪强度，3.3溶蚀方程'φ'c为折减后的粘聚力，为折减后的内摩擦角，s为松其扩散通量与浓度可用FICK扩散定律表述为∂C动圈的长度，关系式如下：JD=−iij'ctanφ∂xj

8、（10）c=φ'=arctanF，F（3）式中：Ji是扩散通量的分量；C是浓度，且为空间由上式可以看出当强度折减F后围岩达到极限状和时间的函数；Dij是扩散系数分量。根据扩散定律及质48实验与研究量守恒定律，可以得到盐矿床化学溶液在水流中的对流扩性质，为了防止降水溶蚀，故在路面铺设0.15厚度的砾散方程为石土，但为了简化模型，将砾石层与第二层岩盐填料作为∂∂∂∂CC同一土层，路基基底土层为含盐类粉质粘土，并且认为路=(D)()