山區(qū)高速公路巖質(zhì)邊坡卸荷作用對軌道交通運營的影響

【摘 要】山區(qū)高速公路存在沿坡并行已有鐵路修建情況，文章通過MSC.MARC有限元分析軟件對高速公路巖質(zhì)邊坡與并行鐵路進行動力分析，分析出路基邊坡不同工況下卸荷作用塑性應變對鐵路運行的影響情況，可為山區(qū)高速公路巖質(zhì)邊坡卸荷作用對軌道交通運營的影響提供一定的參考。

【關鍵詞】公路鐵路并行；有限元分析；塑性應變

1、引言

對于山區(qū)高速公路來說，存在沿坡并行已有鐵路修建情況。在已有鐵路情況下，修筑高速公路公路，因削坡等原因，會改變先筑工程的環(huán)境條件。

除了要分析后開挖修筑的公路對先筑鐵路邊坡的靜力穩(wěn)定性外，還要分析火車動荷作用下鐵路邊坡的穩(wěn)定性。通過數(shù)值計算方法具體工程對路基邊坡不同工況下卸荷作用塑性應變對鐵路運行的影響情況進行分析。

2、分析與計算

2.1計算參數(shù)

工程地質(zhì)與巖土體力學計算資料選取該工程的設計文件及相關規(guī)范。

①：褐黃色，硬塑，土質(zhì)不均勻，0～0.3m含植物根系，厚1.0～2.9m。

②：褐黃色，稍密，潮濕，角礫成分主要為強風化泥巖，粒徑10-20mm，大者可達60mm，充填20-30%黏土，厚度0.9-3.1m。

③：黃灰色，泥質(zhì)結構，薄層狀構造，成分為泥質(zhì)，巖石風化強烈，錘擊聲濁，易碎。節(jié)理、裂隙發(fā)育，裂面鐵染。巖芯呈碎塊狀、塊狀。厚3.3~8.0m。

④：淺灰色，泥質(zhì)結構，薄層狀構造。成分為泥質(zhì)，巖質(zhì)較軟，錘擊不易碎，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖芯呈柱狀，柱長一般10～20cm，大者32 cm。

2.2火車相關計算參數(shù)

單位長鐵軌質(zhì)量：120kg/m

鋼軌彎曲剛度：EI=1.26×107N/m2（雙軌取EI=1.26×107M?N/m2）

單位長墊塊剛度K=3.5×108N/m2

單位長枕軌質(zhì)量m=490 kg/m

單位長道渣質(zhì)量m=1200 kg/m

單位長道渣剛度K=3.15×108N/m2

土體阻尼η=0.1（軌道取0.02）

材料彈性模量E（MPa）泊松比μ粘聚力C（kPa）內(nèi)摩擦角

φ（0）

強風化巖800.33018

弱風化巖6000.2512030

微風化巖200000.25110041

錨桿2100000.22——

鐵軌剛度13.240.2——

接觸面積：a×b=1.2×1.3

鐵軌間距：1435mm

運行速度可選60km/h，90km/h，120km/h，選取為120km/h。

車輪荷載：可選單輪軸荷載為160KN，本計算暫選為150kN。

鐵道路基與荷載分布見圖1：

2.3計算方法與建模

采用大型商業(yè)MSC.MARC有限元分析軟件進行動力分析。

2.4不同工況的計算

對本例具體工程，選用如下所示的工況進行分析，計算出坡體豎向位移、橫向位移及對性的塑性應變圖。

工況一：邊坡未開挖時，施加動荷載；

工況二：邊坡開挖未加支護時，施加動荷載；

工況三：邊坡開挖后錨桿（索）支護時，施加動荷載；

分析給出軌道左右兩點的豎向位移隨時間變化圖，加載步數(shù)為19步。分析結果如圖2-4所示。

3、結論

3.1通過以上計算結果分析可以得出：未開挖邊坡時，軌道在受動荷載的作用時，左側(cè)變形要大于右側(cè)變形（兩點原因，一左側(cè)臨近邊坡臨空面；二模型計算網(wǎng)格的劃分數(shù)量），最大豎向位移——左側(cè)0.026mm，右側(cè)0.00123mm；

3.2開挖未支護邊坡時：最大豎向位移——左側(cè)0.2615mm，右側(cè)0.001242mm；開挖錨桿支護邊坡時：最大豎向位移——左側(cè)0.1745mm，右側(cè)0.001222mm。對比左右變形，可見邊坡未開挖時，臨坡面的左側(cè)點由于邊坡臨空面的存在而存在不均勻的變形，邊坡的開挖加大了這種不均勻變形的開展，從數(shù)據(jù)看出錨桿加固之后起到了一定的效果，緩解了不均勻變形情況的開展。

3.3在該地質(zhì)情況下計算，得出的結果顯示，開挖邊坡會對鐵路運行造成一定的影響，需要進行防護處理。通過塑性變形圖，可以確定錨索、錨桿加固深度及位置，為加固措施提供數(shù)值計算依據(jù)。

3.4其他類似山區(qū)巖質(zhì)邊坡，可根據(jù)此方法進行數(shù)值計算，來分析山區(qū)高速公路巖質(zhì)邊坡卸荷作用對軌道交通運營的影響參考文獻

[1]汕昆高速貴州境板壩至江底施工圖設計-工程地質(zhì)勘察報告[R].中交第一公路勘察設計研究院有限公司.

[2]鄭穎人，陳祖煜，王恭先等.邊坡與滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社，2007.

[3]GB50021-2001.巖土工程勘察規(guī)范[S].建筑工業(yè)出版社，2009.

[4]DZ 0240—2004.滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范[S]. 中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，2004.

[5]JTG D30-2004.公路路基設計規(guī)范[S].交通部第二公路勘察設計研究院，2004.