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原文传递高速铁路黄土路堑高边坡稳定性分析及变形规律研究

论文题名：	高速铁路黄土路堑高边坡稳定性分析及变形规律研究
关键词：	黄土路堑高边坡;稳定性;变形规律
摘要：	在我国西北地区分布着大量的黄土层，由于黄土所特有的工程特性，造就了塬、梁、茆沟壑纵横的地形地貌。在黄土地区修建公路、铁路等基础设施，受线型设计和黄土地区梁茆等地形的限制，会采用大量的黄土路堑高边坡设计，这些高边坡在不合理开挖和长时间降雨等因素作用下，极可能出现边坡滑坍、失稳等病害，妨碍人们的正常出行，造成大量的经济损失，甚至危害人民的生命安全。因此分析开挖和降雨作用下黄土路堑高边坡稳定性变化及变形规律具有重要的现实意义。　　本文以兰州至张掖三四线铁路建设为背景，选取其在甘肃省兰州市永登县范围内的某段黄土路堑高边坡为研究对象，结合野外现场调查和室内土工试验，采用数值仿真的方法，分析了开挖和降雨两种因素对黄土路堑高边坡稳定性和变形的影响，主要研究内容及结论如下：　　（1）收集了工点地区的工程地质水文资料，对工点地区的黄土取样，开展了室内土体物理力学参数的试验研究，结合地勘报告及相关资料，了解了该地区黄土的基本物理力学性质。工程位于黄土梁峁区内，地形起伏，丘陵较多，年均降雨量不大，但降雨较为集中；工点黄土类别为砂质黄土，厚度较深，多呈大空隙，结构松散，质地均匀，无层理，节理发育，多为风积黄土，具有很强的湿陷性，因此在该地区的黄土路堑高边坡工程较多，应注意开挖外力作用和雨季集中降雨对边坡稳定性的影响。　　（2）采用ABAQUS软件对黄土路堑高边坡分层开挖过程进行了模拟分析，揭示了黄土路堑高边坡开挖过程中位移变形、坡体应变、应力和稳定性变化规律。随着开挖深度的增加，边坡水平和竖向位移不断增加，竖向位移要远大于水平位移；水平位移变化较快的部位是边坡坡顶，竖向位移变化较快的部位是整个开挖坡面中部位置；在开挖面以上的各级边坡坡脚产生剪切应变集中和塑性应变积累，在坡体深部产生一定的塑性应变；竖向应力减载幅度随断面深度呈指数衰减，水平应力变化较小，在距离坡脚较近处变化较大，开挖结束后坡脚处会残留竖向和水平应力，且深度越深，残留的应力值越大。边坡的整体稳定性随着开挖深度的增加先增加后减小，滑裂面先向坡体深部发展，再向浅层变化。　　（3）分析了边坡结构设计参数对开挖后黄土路堑高边坡稳定性和变形的影响规律。结果表明：边坡分级坡率对坡体稳定性和变形有明显的影响，平台宽度与分级高度对边坡的影响相比分级坡率要小；将大平台设置在坡体的中部（约1/2坡高处）和上部（约2/3坡高处）要优于设置在坡体下部（约1/3坡高处）；中部大平台宽度的增加会增大坡体的水平和竖向位移，减小各级边坡坡脚的剪应变集中和塑性应变分布，逐渐提高稳定性，使得大平台增加稳定性的作用能得到更好地发挥。　　（4）采用COMSOLMultiphysics有限元软件，考虑流固双向耦合作用，模拟黄土路堑高边降雨入渗过程，揭示不同降雨方式（均布型、集中型和间隔型）下边坡坡体的雨水入渗规律、坡体稳定性及位移变化规律。在持续均匀降雨条件下，边坡表层土体的含水率不断增加，湿润锋不断下移，入渗深度随降雨量增加呈指数关系变化，坡体稳定性下降，位移不断增加；均布型降雨的雨水入渗深度最大，间隔型降雨与之接近，集中型的入渗深度最小；集中型降雨的边坡表层最大含水率最大，间隔型降雨次之，均布型最小；间隔型降雨作用下的边坡稳定性最差，集中型和均布型稳定性相近。
作者：	张太雄
专业：	交通运输工程
导师：	杨有海;华永利
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022