铁路施工对雅丹动力稳定性影响研究
  • 【摘要】

    青海省新建地方铁路鱼卡(红柳)至一里坪线位于柴达木盆地西北部,正线长度98.053km,其中穿越雅丹密集区23.47km。该区域雅丹地貌区为省级风景名胜区,铁路的施工势必会对其自身稳定性造成影响,而铁路的施工安全性也备受关注。
      铁路的建设将不可避免的受到雅丹地貌的阻碍,对于大规模连续雅丹分布区,通过建设桥涵的方式来跨越雅丹。但是,因施工需求而对雅丹地貌进行大规模的土方开挖及雅丹周边的施工... 展开>>
    青海省新建地方铁路鱼卡(红柳)至一里坪线位于柴达木盆地西北部,正线长度98.053km,其中穿越雅丹密集区23.47km。该区域雅丹地貌区为省级风景名胜区,铁路的施工势必会对其自身稳定性造成影响,而铁路的施工安全性也备受关注。
      铁路的建设将不可避免的受到雅丹地貌的阻碍,对于大规模连续雅丹分布区,通过建设桥涵的方式来跨越雅丹。但是,因施工需求而对雅丹地貌进行大规模的土方开挖及雅丹周边的施工振动等工程措施,会给雅丹地貌稳定性造成潜在的威胁。因此,开展铁路施工作用下雅丹地貌工程状态的研究、评价其安全稳定性,是保证雅丹密集区内铁路长期、安全、可靠施工的关键。
      本文采用相关资料收集分析和现场调查、现场施工振动测试、面波测试,室内试验和有限元计算等方法,分析了线路穿过雅丹密集区场地特征及铁路施工对雅丹动力稳定性的影响。在对线路通过区域雅丹地貌的分布及形态特征调查的基础上,利用工程地质勘探手段得到了该区域场地加速度衰减规律和浅层(0~30m)地下结构分布,根据室内静/动三轴试验结果分析了雅丹沉积物的土动力学特征。在此基础上运用三维有限元分析方法对典型雅丹大规模土方开挖及其在施工振动作用下的动力响应特征进行了有限元数值计算。论文的主要结论和创新点可以归纳如下:
      (1)该线路穿越的雅丹地貌是一种典型的风蚀地貌,以中小型雅丹为主,形成物质主要是第四系中下更新统及部分第三系上新统和上更新统的湖相沉积物,沉积物质为细砂及含盐泥岩夹泥质粉砂岩。通过现场调查,可将该区域典型雅丹地貌按形态分为5类,分别为:类棱台形雅丹(方台地)、类圆锥形雅丹、长垄形雅丹、多峰形雅丹和奇异形雅丹;按沉积层数分为3类,分别为:大型雅丹、中型雅丹和小型雅丹。
      (2)线路穿越的雅丹密集区内雅丹体形态参数 l与w(l:雅丹体长;w:雅丹体宽)之间具有较好的正相关关系,对所测量的40组数据用最小二乘法拟合可得该区域雅丹地貌R(l/w)=5.68。
      (3)不同的铁路施工工艺对雅丹的影响不尽相同,其中,路基碾压施工的振动影响最大。25t压路机路基碾压施工的振动影响范围为距离振源33m以内,距施工点33m范围以外的振动加速度峰值为16.56cm·s-2,其振动影响小于地震烈度Ⅴ度区,对施工场地雅丹地貌的振动影响可不予考虑。
      (4)该雅丹密集分布区场地的地下构造呈4层水平均匀分布,其软弱覆盖层厚度较小,1.5m以下剪切波速(VS)迅速升高,为盐类沉积物及泥土,其沉积年代久,强度较高。综合考虑剪切波速和覆盖层厚度分布测试结果,该区域的建筑场地类别为II类场地。
      (5)通过对雅丹土样的含水率测试可知,各层沉积物的平均含水率仅为1.02%。这一结果与该区域内降雨量少,蒸发量大及内陆盆地性荒漠气候等特征相对应。通过静/动三轴试验可知,雅丹土体具有较高的粘聚力(c)和内摩擦角(φ),最大值分别为131.6kPa和72°,最大动弹模为266MPa。
      (6)数值计算表明:天然状态下,不含软弱夹层雅丹开挖后的最小安全系数为1.61。含软弱夹层雅丹开挖后的最小安全系数为1.48。施工振动作用下,在雅丹开挖面出现了显著的加速度放大效应,且沿开挖面高度方向放大系数逐渐升高,最大值为1.78;不含软弱夹层雅丹在施工振动作用下的最小安全系数为1。含软弱夹层雅丹在施工振动作用下的最小安全系数为0.8。施工振动产生的水平向荷载对雅丹稳定性影响较大,不含软弱夹层雅丹塑性区沿开挖面两侧风化层内开展;含软弱夹层雅丹塑性区主要集中于下部软弱夹层内。
      (7)深水区雅丹沉积物具有较高的强度,稳定性好,此类雅丹的开挖不会对其稳定性有较大影响。而深、浅水区沉积的雅丹受软弱夹层控制,表现出较低的稳定性。尤其是大规模的土方开挖等工程措施使得未胶结砂层出露,再加之风蚀、机车运行等外界因素影响,将会对其整体稳定性造成影响,在开挖工程中,应对出露的软弱砂层采取相应的保护措施。 收起<<

  • 【作者】

    陈豫津 

  • 【学科专业】

    构造地质学

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    中国地震局兰州地震研究所

  • 【导师姓名】

    吴志坚

  • 【学位年度】

    2015

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    雅丹地貌  振动测试  有限元法  动力响应  铁路施工