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原文传递地裂缝对高铁的影响机制及工程措施研究

论文题名：	地裂缝对高铁的影响机制及工程措施研究
关键词：	高速铁路;灾害防治;地裂缝带
摘要：	我国是世界上地裂缝灾害最为严重的国家，地裂缝分布十分广泛，其发生频率和灾害程度逐年加剧，对我国当前正在大规模建设的高速铁路构成了严重威胁。本文以山西断陷盆地地裂缝灾害为研究背景，选择已开工建设的大西客运专线穿越地裂缝段为研究对象，采用物理模型试验、数值模拟和理论分析计算相结合的方法，重点了开展活动地裂缝对高速铁路工程危害机理的研究，揭示了地裂缝活动作用下高铁路基工程、高铁桥梁工程的变形破坏机理，并提出了大西客运专线穿越地裂缝带的防治对策。为大西客运专线跨越地裂缝带的路基工程、桥梁工程及地裂缝灾害防治提供理论依据和技术指导。本文主要取得成果如下：　　（1）在大西客运专线区域地质背景分析的基础上，按照延伸长度、力学性质及主次关系特征提出了山西地裂缝的成因分类；基于易发程度、活动性及对线路的可能影响范围，提出了高铁工程场地地裂缝活动分级、易发性评价以及危险性评价方法，将地裂缝危险性等级分为四级即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，并对大西客运专线沿线典型地裂缝进行了成因分析、活动性评价及其对高铁工程危险性评价。　　（2）通过大比例尺（1:5）地裂缝活动对高速铁路路基影响的物理模型试验，结合数值模拟计算，揭示了高速铁路路基小角度通过地裂缝带的变形破坏机制：①路基工程中的刚性结构混凝土底板在地裂缝上盘的下降过程中产生扭转、弯曲变形，其变形破坏模式为扭转、弯曲变形引起的拉张-扭剪破坏。②钢筋混凝土板上的裂缝主要集中在板的中部，近平行分布，与地裂缝呈小角度相交；裂缝带在混凝土底板下盘位置的面积略大于上盘位置的面积，下盘结构变形破坏较上盘严重。③混凝土板下破坏的 CFG桩的位置全都集中在地裂缝附近且大都在下盘，表明钢筋混凝土板改变了通常意义上的上盘破坏较严重的现象。　　（3）通过几何比例尺1：20的高铁桥梁穿越地裂缝带的物理模型试验和实体工程数值模拟计算，揭示了高铁桥梁桥基、箱梁及轨道的受力变形机制：①随着地裂缝位错量的增加，地表逐渐出现了错台；上盘靠近地裂缝的桩所受上部荷载变小，下盘靠近地裂缝的桩所受荷载明显增大；桩身弯矩不随地裂缝变化而变化。②地裂缝活动作用下，桥梁结构中上盘紧靠地裂缝的箱梁与桥墩发生了脱空，最大脱空值约为9cm；位于上盘的紧靠地裂缝的两箱梁接头发生张开，最大张开量为2cm左右。地裂缝活动对跨越地裂缝的箱梁影响较大，而对未跨越地裂缝的箱梁影响较小。　　（4）提出了:①路基穿越地裂缝时，应采取如下措施：加强地表水和地下水的处理；地基和路堤加固处理，除常规的加固措施外，应适当提高路基的刚度和延展性，同时路基上部结构与下部处理措施分开；②桥梁跨越地裂缝时，应采取如下措施：桥梁采用常规孔跨简支结构；桥梁基础适当加强，桩基础采用桩身通长配筋；采用可调高支座，支座预埋套筒和加长螺栓；为了应对发生地裂缝后可能引起的水平位移，简支结构的横向和纵向活动支座均布置在靠近地裂缝的一侧，必要时两侧增加双固定支座桥墩，同时加大桥墩垫石尺寸，预留发展空间；为了应对梁发生可能的纵向位移，地裂缝附近的简支梁梁端底板纵向均预留槽口，以备顶梁时作为操作空间。
作者：	刘聪
专业：	地质工程
导师：	彭建兵
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文