【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 83。 23 復(fù)合地基的定義與本質(zhì) 23 客運(yùn)專線路基地基加固常用形式與分析 25 復(fù)合地基沉降量計(jì)算 25 第 5 章 結(jié)論 27 致謝 28 參考文獻(xiàn) 29 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 5 第 1 章 緒論 我國(guó)鐵路橋梁建設(shè)現(xiàn)狀 鐵路橋梁是一種功能性的建筑物。我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái)，鐵路橋梁建設(shè)得到了飛速的發(fā)展，對(duì)改善人民的生活環(huán)境，改善投資環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的騰飛，起到了關(guān)鍵性的作用。 我國(guó)鐵路橋梁的建設(shè)正處于一個(gè)迅速發(fā)展的階段，從材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用、科研成果的應(yīng)用，到設(shè)計(jì)水平、制造水平、施工技術(shù)水平的提高，都越來(lái)越與鐵路橋梁建設(shè)的規(guī)模相適應(yīng)。 目前我國(guó)在建的鐵路橋梁，無(wú)論從建設(shè)跨度、建設(shè)規(guī)模，還是建設(shè)難度、建設(shè)水平都達(dá)到了一個(gè)新的高度。我國(guó)先后建成了武漢長(zhǎng)江大橋（ 1957 年建成）、南京長(zhǎng)江大橋（ 1968年建成）、九江長(zhǎng)江大橋（ 1993 年建成，位于江西九江）和蕪湖長(zhǎng)江大橋（ 2020 年建成，位于安徽蕪湖） 4 座里程碑式的公鐵兩用特大鋼橋，實(shí)現(xiàn)了全部自行設(shè)計(jì)、制造和施工。目前正在興建的武漢天興洲長(zhǎng)江大橋（位于湖北武漢）是當(dāng)今世界跨度第一的公鐵兩用斜拉橋（主跨為 504m），是世界上第一座按四線鐵路修建的大跨度客貨公鐵兩用斜拉橋。這幾座標(biāo)志性橋梁的建設(shè)，顯示 了我國(guó)當(dāng)前在公鐵兩用橋梁建設(shè)方面已經(jīng)具備了世界先進(jìn)水平。 課題研究的意義 橋梁建設(shè)飛速發(fā)展的同時(shí)，旅客對(duì)火車平穩(wěn)舒適度要求也逐漸提高，這必然要求逐漸提高鐵路橋梁路基沉降控制的標(biāo)準(zhǔn)，但是目前的地基處理理論與設(shè)計(jì)方法主要事針對(duì)傳統(tǒng)的軟弱土地基，并不完全適合鐵路橋梁路基工后沉降的設(shè)計(jì)計(jì)算與地基加工處理，為確保告訴列車的行車安全，盡量滿足旅客對(duì) 舒適度的要求，并減少日常維修工作，應(yīng)提出更合理沉降變形控制 體系。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 6 第 2 章 路基沉降控制 標(biāo)準(zhǔn) 路基沉降控制的目的 客運(yùn)專線路基沉降控制的主要目的是控制路基 的工后沉降，以確保高速列車的行車安全。所謂路基的工后沉降，是指軌道工程鋪設(shè)后在路基荷載和列車荷載作用下，路基發(fā)生的剩余沉降，即最終形成的總沉降量與路基竣工鋪軌開(kāi)始時(shí)的沉降量之差。 路基沉降控制的標(biāo)準(zhǔn) 客運(yùn)專線路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的確定，既要考慮列車對(duì)路基的要求及線路維修能力，也要考慮前期建設(shè)投資與后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)比較，在保證客運(yùn)專線列車高速、安全與平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，應(yīng)取得經(jīng)濟(jì)上的合理平衡。 目前，我國(guó)客運(yùn)專線建設(shè)建設(shè)實(shí)踐中采用的工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)如表 1 所示。 表 1 路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì) 速度 /(km/h) 軌道結(jié)構(gòu)類型 一般地段工后沉降量 /mm 過(guò)渡段工后沉降量 /mm 沉降速率（ mm/a） 250 有砟軌道 100 50 30 300/350 有砟軌道 50 30 20 250/300/350 無(wú)砟軌道 工后沉降量 ≤ 15mm；長(zhǎng)度大于 20m 沉降比較均勻路基，工后沉降量 ≤ 30mm，且 shR ≥ 2sjV 。 路橋、路隧間差異沉降 ≤ 5mm，折角 ≤ 1‰ 注： shR —— 軌面 圓順的豎曲線半徑（ m）； sjV —— 設(shè)計(jì)最高速度（ km/h）。 從表 1 可以看出，同普通鐵路、高速公路相比較，客運(yùn)專線 （ 特別是無(wú)砟軌道客運(yùn)專線 ） 路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格得多。因此，在路基工后沉降控制設(shè)計(jì)中，除傳統(tǒng)的軟土、松軟土地基外，還需對(duì)可能發(fā)生較大沉降變形或不均勻沉降的其他土質(zhì)地基進(jìn)行必要的分析計(jì)算和加固處理。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 7 第 3 章 影響路基沉降因素 路堤填筑和列車運(yùn)行是影響路基沉降的兩個(gè)主要因素。理論上講 路堤填筑或列車運(yùn)行必然引起地基內(nèi)附加應(yīng)力產(chǎn)生，從而 使地基土層壓縮變形引起 路基下沉。 路堤填筑 路堤是路基的主要結(jié)構(gòu)型式之一。路堤的穩(wěn)定與沉降關(guān)系到路堤是否能完成其預(yù)定功能的重要條件，也是路堤設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。隨著我國(guó) 高等級(jí)鐵路 建設(shè)不斷向山區(qū)延伸，會(huì)越來(lái)越多地遇到在斜坡地基上填筑路堤的工程問(wèn)題，對(duì)于此類問(wèn)題，路基失穩(wěn)和不協(xié)調(diào)變形是 兩種種常見(jiàn)病害。 路基沉降施工控制是公路修建質(zhì)量的重要保證常規(guī)的路基體應(yīng)力變形計(jì)算中，假定路基體一次到，荷載一次施加，則荷載的每一部分都由全結(jié)構(gòu)來(lái)承。而實(shí)際上，路堤或者路堤逐級(jí)加荷過(guò)程中，施工到一高度，只有該高度以下已填筑土體來(lái)承擔(dān)這部分載，對(duì) 尚未填筑的上層土體沒(méi)有任何作用，上層土體受下層土體的影響 。 下面 結(jié)合河南省嶺南高速公路路基斷面監(jiān)測(cè)成果，探討了逐級(jí)填筑作用下路基沉降變形數(shù)值仿真技術(shù) 。 工程概況 以河南嶺南高速公路第六標(biāo)段里程 K16+675處橫斷面填方路基工程為研究對(duì)象進(jìn)行觀測(cè)，編號(hào) 01，該處路基原地面標(biāo)高為 ，需填筑 4m。填料為風(fēng)化碎石，具有一定的代表性。路堤段為低山區(qū)，巖性為元古界黑云斜長(zhǎng)片石夾斜長(zhǎng)角閃片石，第四系坡洪積碎石土、砂礫土。無(wú)不良巖土。片巖表面強(qiáng)風(fēng)化，風(fēng)化層厚 5～ 10m。在該斷面的路中和左右路肩分 別埋設(shè)有沉降板，如圖 1所示。通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)在施工填筑期，地基沉降較快，尤其是沉降板 cjl，由于其靠近農(nóng)田，地基下土層為較厚的硬粘性土層，施工期間的總沉降量和沉降速率均稍偏大，最大沉降速率達(dá) 11mm／ d，發(fā)生在填筑高度為 ，總沉降達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 8 100mm；沉降板 cjl3靠近一個(gè)山坡，其下的地基土質(zhì)較好，為粉土質(zhì)砂，因此沉降速率和總沉降量都比較小。填筑期間通過(guò)邊樁監(jiān)測(cè)到左側(cè)地面略有上升。 圖 1 填方路基斷面沉降觀測(cè)元件布置圖 (單位： m) 逐級(jí)加荷有限元模型的建立 采用有限元軟件 PLAXIS8． 2進(jìn)行計(jì)算，其功能 為仿真分析土體在非線性或者與時(shí)間相關(guān)狀態(tài)下的行為。可模擬巖土及混凝土材料，模擬逐級(jí)加荷條件下路基的變形過(guò)程，而且還可以得到路基在各級(jí)荷載作用下地基不同位置的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)值和圖形。 建立有限元分析模型 建模的過(guò)程就是對(duì)實(shí)體進(jìn)行有限元單元網(wǎng)格劃分并定義材料的性質(zhì)。采用自動(dòng)網(wǎng)格劃分法，在路堤土和地基土的接觸面以及地基土和基巖的接觸面上采用共節(jié)點(diǎn)單元處理?？紤]到材料的非線性性質(zhì)，塑性變形區(qū)域采用足夠的網(wǎng)格密度。 (1)計(jì)算區(qū)域的選定 所選路基斷面為非對(duì)稱，該斷面左側(cè)地基土為較深厚的粘土層 (麥田 )， 右側(cè)地基土為粉質(zhì)砂土，附近為一山坡。計(jì)算中地基深度方向取填筑高度的 4倍，約 21m；長(zhǎng)度方向取路堤底面的 4倍為 180m。 (2)邊界條件的確定 如圖 2按照平面應(yīng)變建立有限元模型。邊界條件為左右兩側(cè)水平約束，下部固定，上部為自由邊界。根據(jù)高路基填筑的具體情況，可將其劃分為如圖 2所示的 3個(gè)區(qū)域。圖中 A區(qū)為路堤填筑體， B區(qū)為地基土， C區(qū)為基巖。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 9 圖 2 路基橫截面分區(qū)及邊界條件示意圖 (3)單元?jiǎng)澐诸愋偷倪x擇 對(duì)于 2D有限元分析 (該文為平面應(yīng)變問(wèn)題 )，軟件可以選擇 6節(jié)點(diǎn)或者 15節(jié)點(diǎn)三角形單元。 6節(jié)點(diǎn)單元?jiǎng)澐质浅?序默認(rèn)的網(wǎng)格劃分方式，單元的插值為二階，單元?jiǎng)偠染仃囀峭ㄟ^(guò) 3個(gè)高斯點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值積分計(jì)算得到的。 l5節(jié)點(diǎn)三角形單元是一種非常精確的單元，對(duì)各類問(wèn)題能得出精度很高的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。單元的插值為四階，積分過(guò)程采用 12個(gè)高斯點(diǎn)。結(jié)構(gòu)單元和界面單元類型將自動(dòng)和土單元類型相匹配。使用 15節(jié)點(diǎn)三角形單元需要較大的內(nèi)存，計(jì)算和運(yùn)行相對(duì)較慢。主要用于對(duì)應(yīng)力結(jié)果要求非常高的 2D有限元分析， 6節(jié)點(diǎn)三角形單元對(duì)于很多問(wèn)題的計(jì)算精度要求已經(jīng)足夠。網(wǎng)格的生成是基于穩(wěn)定的三角分割程 序，形成的是“非結(jié)構(gòu)化”網(wǎng)格。這些網(wǎng)格看上去可能較混亂，但 是其數(shù)值計(jì)算一般優(yōu)于規(guī)則 (結(jié)構(gòu)化 )網(wǎng)格。計(jì)算分析選用 6節(jié)點(diǎn)平面三角形單元進(jìn)行計(jì)算。 計(jì)算參數(shù) 結(jié)合河南嶺南高速公路工程地質(zhì)勘察資料和粗顆粒室內(nèi)大尺寸試驗(yàn)成果，并參考國(guó)內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)，計(jì)算所用參數(shù)指標(biāo)如表 2所示。 表 2 有限元模擬計(jì)算參數(shù)表 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 10 路基逐級(jí)填筑的模擬 在路堤的填筑過(guò)程中，填筑體的荷載不是一次性施加的，反映在有限元的建模過(guò)程，也采用分層填筑的實(shí)際模擬算法，逐層進(jìn)行計(jì)算，每層填筑體施加時(shí)，將其所有材料參數(shù)和幾何模型激活，進(jìn)入計(jì)算步，如此直到計(jì)算結(jié)束。并將計(jì)算值與實(shí)際觀測(cè)的每層沉降進(jìn)行 對(duì)比分析。用分步施工功能實(shí)現(xiàn)路基的分層填筑。 分步施工是荷載輸入最重要的類型，它的一個(gè)特點(diǎn)就是允許通過(guò)關(guān)閉或再次激活在幾何圖形輸入里建立的荷載、塊類組或結(jié)構(gòu)對(duì)象，來(lái)修改幾何圖形和荷載設(shè)置。分步施工可以對(duì)各種加載、施工和開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行較準(zhǔn)確和符合實(shí)際的模擬。這一選項(xiàng)還可以用來(lái)對(duì)材料數(shù)據(jù)組重新賦值，或者在幾何圖形里修改水壓分布。要執(zhí)行分步施工計(jì)算，首先要建立一個(gè)幾何模型，它包含了計(jì)算要用到的全部對(duì)象。那些在計(jì)算一開(kāi)始不需要用到的對(duì)象，應(yīng)當(dāng)在輸入程序結(jié)束時(shí)的初始幾何構(gòu)造里關(guān)閉來(lái)模擬實(shí)際工程問(wèn)題，如路基填筑、開(kāi)挖隧道 、橋梁施工等。 要達(dá)到關(guān)閉結(jié)構(gòu)對(duì)象的效果，程序并不是將“關(guān)閉”的單元從模型中刪除，而是將其剛度 (或傳導(dǎo)，或其他分析特性 )矩陣乘以一個(gè)很小的因子，關(guān)閉的單元載荷將為 0，從而不對(duì)載荷向量生效 (但仍然在實(shí)際的單元載荷中出現(xiàn) )。同樣，關(guān)閉單元的質(zhì)量和其他類似效果也設(shè)為 0值。關(guān)閉單元的質(zhì)量和能量將不包括在模型求解結(jié)果中。單元的應(yīng)變?cè)凇瓣P(guān)閉”的同時(shí)也將設(shè)為 0。 與上面的過(guò)程相似，如果使單元處于“激活”的狀態(tài)，并不是將其加到模型中，而是重新激活它們。用戶必須