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原文传递地下水变化对高速铁路无砟轨道桩网结构路基变形及线路平顺性的影响研究

论文题名：	地下水变化对高速铁路无砟轨道桩网结构路基变形及线路平顺性的影响研究
关键词：	无砟轨道;桩网结构;地下水位;路基沉降
摘要：	近年来随着国民经济的快速发展，伴随地下水开采量的逐年增大，造成我国不仪存在非常严重的区域性沉降问题，而且高速铁路沿线地下水开采引起的地面差异性沉降问题也非常突出，其不仅影响着线路的正常使用功能，过大的沉降、差异沉降还会直接影响列车的运营安全。本文在广泛调研、收集大量资料的基础上，对地下水开采引起的典型高速铁路路基----桩网结构路基沉降的问题进行了系统的研究分析。　　本研究主要内容包括：⑴揭示了地下水位下降引起路基沉降的机制。以经典的太沙基有效应力原理为依据，推导分析了地下水下降引起地面沉降方面的计算理论，并且结合有限元数值模拟分析方法揭示了地下水开采引起地面沉降的主要工作机制是在地下水位下降过程中土体孔隙水压力减小，有效应力增大导致土体固结压缩。⑵通过Fortran语言对地下水位整体升降模块进行了开发，结合华北地区调研的实际地下水位变化规律，研究了月周期及年周期地下水位整体变化下，桩网结构路基的沉降变形规律，并对地下水位下降过程中桩基受力进行了分析。分析结果表明:桩网结构路基沉降量随着水位埋深的下降而线性增大，同时当地下水位回升时，路基的沉降也相应的有所减小，但不能完全恢复到降水前的情况。桩基负摩阻力和桩身轴力都随着水位的下降而逐渐增大，摩阻力中性点的位置随着水位的下降而线性下降，桩身轴力最大值出现在中性点位置。⑶建立了高速铁路桩网结构流固耦合模型，分析了铁路沿线农业用水、工业用水和生活用水对桩网结构路基的沉降变形规律，研究了浅层地下水开采和深层地下水开采对桩网路基沉降的变形规律，计算了抽水井距离和抽水量大小对桩网结构路基沉降的影响规律。研究结果表明:季节性的农业用水和非季节性的工业和生活用水对桩网结构路基沉降量的最主要区别在于其开采量的大小，季节性因素对其影响不大。对比浅层与深层地下水开采对路基沉降的影响，得出在相同的开采量情况下，尽管深层地下水开采使路基产生的沉降量更大，但其主要表现为大范围的区域性沉降，而浅层地下水的开采尽管对路基产生的沉降值小，但对线路的不平顺影响更大。抽水井距离越短，路基垂向沉降量越大;抽水速度为1250m3/d时产生的沉降量是抽水速度为250m3/d时的3.4倍，抽水量越大桩网结构路基的沉降量也越大。⑷将不同抽水井距离和抽水量大小所产生的轨道不平顺导入高速铁路列车-轨道-桩网结构路基动力学模型之中，通过两步走的方法研究了抽水井距离与抽水量大小所产生的轨道不平顺对列车安全行驶特性、轨道动力响应及桩网结构路基动力响应的影响规律。研究结果表明:当抽水量一定，抽水井距离越小对列车的安全行驶及结构的动力响应影响越大。抽水井距离为200m时，减载率为0.55;抽水井距离为150m时减载率就达到0.58;抽水井距离为100m时减载率达到0.62，因此为保证高速铁路安全行驶，线路中心200m范围内应禁止开采地下水。当抽水井距离为200m时，抽水量不断增大对列车的安全行驶有一定的影响，但没有抽水井距离的影响大。
作者：	刘光鹏
专业：	交通运输工程
导师：	肖宏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文