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原文传递农田灌溉对高速铁路黄土路堤沉降变形的影响

论文题名：	农田灌溉对高速铁路黄土路堤沉降变形的影响
关键词：	高速铁路;黄土路堤;农田灌溉;路基沉降
摘要：	目前关于农田灌溉引起高铁黄土路堤沉降变形的计算模型、计算方法研究较少，可供借鉴的经验也不足，然而，高铁黄土路堤一旦发生过大的沉降变形轻则会影响高铁正常运营，重则会引发重大交通事故，给人民的生命财产安全带来极大的危害，所以高铁黄土路堤的安全稳定不容忽视。本文在ABAQUS的二次开发平台上引入可以考虑黄土湿陷变形的强度、变形劣化方程，从而成功地实现了考虑黄土湿陷特性的高铁路堤变形分析；然后以农田灌溉和水位抬升两种湿化作用下的高铁黄土路堤沉降分析为例，分别从灌溉因素、土性相关参数、地下水位变化速率和水位抬升位置等角度，研究了各因素对高铁黄土路堤渗透及变形的影响。　　本研究主要内容包括：⑴在对黄土力学特性进行深入分析的基础上，建立了黄土的变形及强度参数与含水量的理论关系，并在ABAQUS的二次开发平台上将其编写成相应的计算软件，扩展了湿化作用下土体弱化问题的分析方法。⑵利用在ABAQUS二次开发平台上编写的相应计算软件，首先将灌溉时间设定为3天，研究了5mm/hr、10mm/hr、15mm/hr三种不同的喷灌强度对高铁黄土路堤渗流场及沉降变形的影响，其次将喷灌强度设定为10mm/hr，研究了1天、2天、3天三种不同灌溉时间对高铁黄土路堤渗流场及沉降变形的影响。研究结果表明：随着喷灌强度的增大，高铁黄土路堤监测点处的沉降量逐渐增大；当喷灌强度为15mm/hr，灌溉结束时刻灌溉区入渗深度为4m，高铁黄土路堤上表面的沉降量为1.2mm～1.6mm；灌溉结束后7天（即计算时间第10天）时入渗深度达到7m，高铁黄土路堤上表面沉降量为1.4mm～1.9mm，此时，路堤中心的沉降量为1.7mm。随着灌溉时间的增加，灌溉区的入渗深度及入渗范围均有所增大，进而导致了高铁黄土路堤监测点处的沉降量逐渐增大。⑶从土体饱和渗透系数分别为2.89×10-6m/s、1×10-6m/s、2.89x10-7m/s以及土体竖向渗透系数与水平渗透系数比值分别为2、5、10等方面，研究了饱和渗透系数及其渗透系数比对高铁黄土路堤渗流场及其沉降变形的影响。研究结果表明：随着饱和渗透系数的增大，高铁黄土路堤监测点处的沉降量逐渐增大；当饱和渗透系数为2.89×10-6m/s时，灌溉结束时刻灌溉区土体入渗深度为4m，高铁黄土路堤上表面沉降量为1.2mm～1.6mm；灌溉结束后7天时，入渗深度为7m，高铁黄土路堤上表面沉降量为1.3mm～1.8mm，此时路堤中心沉降量为1.6mm。随着渗透系数比值增大，高铁黄土路堤监测点处的沉降量逐渐增大；当渗透系数比值为10时，灌溉结束时刻灌溉区土体入渗深度为5m，高铁黄土路堤上表面沉降量为1.2mm～1.6mm；灌溉结束后7天时，入渗深度达到了10m，高铁黄土路堤上表面沉降量为1.6mm～2.4mm，此时路堤中心沉降量为2mm。⑷研究了30天上升5米、30天上升10米、180天上升10米三种不同地下水位抬升速率及其25m、50m、100m三种不同水位抬升位置对高铁黄土路堤不同时间内的水位线位置及其沉降变形的影响。研究结果表明：在水位抬升初期，30天上升5米速率下高铁黄土路堤产生的沉降量大于180天上升10米速率下路堤沉降量，当水位上升一定时间以后，随着水位抬升速率的增大，高铁黄土路堤监测点处的沉降量逐渐增大；在水位抬升位置不变时，30天上升10米速率条件下水位抬升时间为一年时，高铁黄土路堤上表面沉降量为16.3mm?17.6mm，路堤中心处沉降量为17.7mm。随着水位抬升位置距离的减小，高铁黄土路堤监测点处的沉降量逐渐增大；当水位抬升速率不变，水位抬升位置距离路堤左坡脚为25m时，水位抬升时间为一年时，高铁黄土路堤上表面沉降量为20.2～21.4mm，而路堤中心沉降量达到了21.6mm。对于不同形式下的地下水位变化对高铁黄土路堤沉降变形的影响，由于水位变化初期，水位抬升影响范围很小，路堤下部土体水位几乎不受影响，所以初期对高铁黄土路堤影响不明显，随着水位的抬升，水位线两侧产生较大的高程差，此阶段路堤土体沉降规律呈现出“斜波纹状”，当水位抬升时间足够长后，水位变化逐渐趋于稳定，此时路堤沉降规律又呈现出“对称波纹状”。因此，在高铁黄土路堤附近进行水利活动足以引起地下水位线抬升时，应充分考虑抬升位置与路堤的距离，以免引起路堤过大沉降变形。
作者：	李小辉
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	党发宁
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文