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沁水煤田高速铁路采空区地基土体动力响应研究
| 论文题名： | 沁水煤田高速铁路采空区地基土体动力响应研究 |
| 关键词： | 高速铁路;采空区地基;循环动荷载;土体动力响应 |
| 摘要： | 我国是煤炭资源大国，也是煤炭消耗大国。煤炭长时间开采后留下大量采空区，当高速铁路穿越采空区场地时，在循环动荷载作用下采空区地基可能造成破坏从而对高速铁路的安全运行造成严重威胁。为掌握高速铁路循环动荷载下采空区地基土体动力响应特征及规律，对采空区地基附加应力进行理论分析，选取太焦高速铁路沿线采空区地基土体，利用GDS进行不同频率、不同波形、不同围压、不同循环应力比的动三轴试验，最后对高速铁路采空区地基进行不同工况的数值模拟分析。主要结论如下： （1）高速铁路采空区地基相同深度处附加应力从大到小分别为列车交会、单车、无车；路堤段采空区地基中附加应力影响深度大于路堑段，但在地基表面附加应力路堑段大于路堤段；路堤段与路堑段采空区地基附加应力随深度衰减规律相同，但路堑段衰减率大于路堤段；随着路堤高度的增加，附加应力影响深度几乎成线性增加。 （2）考虑现场采空区地基土体频率、围压及循环应力比等条件，进行了不同频率（1、2、3Hz）、不同围压（50、100、200kPa）、不同循环应力比（0.05、0.075、0.1、0.15、0.2）条件下的动三轴试验。试验结果表明，试样累计塑性应变与残余孔压比均未超出破坏范围，高速铁路采空区地基处于安全状态；循环应力比对采空区地基土体动力特征影响最大，累计塑性应变与孔压呈指数型增大，其他条件下基本呈线性增长；在循环振次作用下累计塑性应变与孔压在2Hz-3Hz异常增大，所以采空区地基土体固有频率在2Hz-3Hz之间；得出有效围压100kPa应力应变骨干曲线，并构建与循环振次有关的应力应变修正H-D动本构模型，与试验结果拟合效果好，优于传统模型。 （3）通过ABAQUS数值模拟软件建立高速铁路穿越采空区地基模型，结果表明，两种路基（路堤式、路堑式）形式下，深度21m处，时速350km/h动应力是250km/h的2倍，速度的提升显著增大地基中的动应力大小；路堑段地基表面竖向位移、最大动应力均大于路堤段，速度为250km/h时，路堑段地基表面最大动应力（15.8kPa）接近路堤段（8.4kPa）的2倍，建议加固路堑段采空区地基表面土体。 |
| 作者： | 牛帅 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 任连伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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