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V高速鐵路路基結構沉降概述目錄TOC\o"1-3"\h\u28558高速鐵路路基結構沉降概述 159041.1高速鐵路路基概述 1148451.1.1路基本體 1270801.1.2路基排水設備 286711.1.3路基防護 3121951.1.4路基接口 3324971.2高速鐵路路基沉降機理 359271.3高速鐵路路基沉降組成 3113541.3.1瞬時沉降 4170721.3.2固結沉降 4285561.3.3次固結沉降 411021.4運營期高速鐵路路基沉降特征 5高速鐵路路基概述高速鐵路路基是軌道結構的基礎,是經過開挖或填筑的土工建筑物。高速鐵路路基的主要作用是承受軌道和列車所產生的荷載、作為軌道的基礎以及提供列車運行所需要的條件。在平面上,路基與橋梁和隧道連接共同組成高鐵運行所需要的線路,在縱斷面上,路基需要提供列車運行所需要的高程。高速鐵路路基工程主要由路基本體、排水設備、防護工程等建筑物組成。路基本體路基本體是路基工程中的主體建筑物。它是在天然的地層里挖成的塹槽或在地面上用土石填筑成的堤壩,是路基工程中直接鋪設軌道結構并承受列車荷載的部分。由填方構筑的路基本體稱為路堤,如圖21和圖23所示,由地面開挖形成的路基本體稱為路塹,如圖22和圖24所示。圖21無砟軌道雙線標準路堤橫斷面圖22無砟軌道雙線標準路塹橫斷面圖23無砟軌道單線標準路堤橫斷面圖24無砟軌道單線標準路塹橫斷面路基排水設備排水設備屬路基的附屬建筑物、分地面排水設備和地下排水設備兩類。地面排水設備用以攔截地面徑流,匯集路基范圍內的雨水并使其暢通地流向天然排水溝谷,以防止地面水對路基的浸蝕:沖刷而影響其良好狀態(tài),主要包括排水溝側溝、天溝。地下排水設備用以攔被、疏導地下水和降低地下水位以改善地基上和路基邊坡的工作條件,防止或避免地下水對地基和路基體的有害影響,主要有排水槽、滲水暗溝、滲水隧洞等。路基防護路基防護設備用以防止或削弱風霜雨雪、氣溫變化及流水沖刷等各種自然因素對路基體所造成的直接或間接的有害影響。常用的防護設備包括坡面防護和沖刷防護。為了防止路基邊坡和坡腳受坡面雨水沖刷,防止日曬雨淋引起土的干濕循環(huán),防止氣溫變化引起土的凍融變化等因素影響邊坡的穩(wěn)固,常采用坡面防護。為了防止河水對邊坡、坡腳或坡腳處地基不斷的沖刷和淘刷,應設沖刷防護。防護位置和所采用的類型視水流與運動規(guī)律和防護要求而定。路基接口為了滿足高速客運專線“四電集成”指電氣、信號、通信、牽引)的需要,在路基工程中,需要為安裝相關構筑物預留接口,相關的設計稱之為接口設計。高速鐵路路基沉降機理從土體受力過程看,土體在受到荷載的作用后會發(fā)生兩種變形,即形狀變形和體積變形。形狀變形主要是剪應力引起,剪應力超限會破壞土體,從而使土體不斷發(fā)生變形。而正應力則引起體積變形,體積變形只會減少土體體積,并不會使土體整體發(fā)生破壞。本文主要研宄計算正應力引起體積變形的沉降[30]。從土體變形過程看,土體在受到荷載的作用分為兩部分;一是荷載作用使土體顆粒壓縮,土體在受到壓力下會產生側脹和壓縮,由于土顆粒本身的壓縮量很小,在一定的壓力范圍內,土體不會產生特別明顯的變化,可忽略不計;二是主要變形部分,土體顆??紫吨械乃蚱渌黧w在受到力的作用而排出,土體在受力之后,顆粒之間作用力增強,互相擠壓,流體隨著壓力的作用從孔隙排出,降低了土體的孔隙比,壓縮了土體體積,從宏觀上看,即土體發(fā)生了沉降變形[31]。高速鐵路路基沉降組成高速鐵路路基沉降可分為瞬時沉降Sd、固結沉降Sc(t)和次固結沉降Ss(t)三個部分,如所示,總沉降的計算公式可表示為:S圖25路基沉降組成瞬時沉降瞬時沉降是外部荷載作用的瞬間,土體中的孔隙水不能及時排出時所發(fā)生的路基沉降,其實質是土體在不排水條件下加載產生的剪切變形引起的豎向位移,土體只發(fā)生形變并沒有發(fā)生體變。瞬時沉降量的影響因素很多,主要的是加載方式和加載速率,這是由于不同增量加載時刻,土中有效應力隨著土體的固結而增大,土體的變形模量也相應增大。固結沉降固結沉降是荷載置于地基上后,隨著時間的增長,孔隙水從土體中排出,土體體積隨之減小,地基逐漸發(fā)生沉降。在此階段水流的速率受到土的孔隙壓力、滲透性以及壓縮性的影響,隨著孔隙壓力的消散,水流的速率將降低,隨后孔隙壓力消散基本完成,達到不變的有效應力狀態(tài)。這部分變形為固結變形,與時間有關,且主要發(fā)生體積的變化,對應的沉降為固結沉降。次固結沉降在穩(wěn)定的荷載作用下,路基土中的超孔隙水壓力完全消散后,固結沉降完成。但土體仍然會出現(xiàn)沉降變形,這是由于路基土中土顆粒骨架在持續(xù)荷載作用下蠕變引起的,稱為次固結沉降。瞬時沉降、固結沉降和次固結沉降并不是完全獨立分開的三個過程,它們都是在加載瞬間就開始發(fā)生的,只是在不同階段以一種沉降變形為主而已,且不同性狀的土三個組成部分的相對大小和發(fā)生時間是不同的。通常在地基處理設計中所計算的都是固結沉降量。上述的三部分沉降變形,只考慮了在法向力作用下的變形,忽略了剪應力引起的變形。運營期高速鐵路路基沉降特征高速鐵路對行車平順性有很高要求,且無砟軌道結構在高速鐵路使用較多,運營期高速鐵路對沉降變形特別是不均勻沉降變形有嚴格的要求。通常路基結構在鋪設無砟軌道時完成
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