黃土地區(qū)鐵路工程病害問題研究現(xiàn)狀

【摘 要】黃土地區(qū)的鐵路工程病害問題已經(jīng)成為西部地區(qū)鐵路建設(shè)的重要制約因素，本文通過查閱文獻(xiàn)，總結(jié)了黃土地區(qū)鐵路工程建設(shè)過程中的典型病害問題的類型及發(fā)育特征，并對未來研究方向做出展望。

【關(guān)鍵詞】黃土；鐵路工程；病害。

1概述

黃土在我國分布面積達(dá)60多萬k㎡，對工程建設(shè)影響巨大[1]。隨著社會和經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，我國在黃土地區(qū)的鐵路工程建設(shè)數(shù)量和規(guī)模不斷增大，2009年我國建成黃土地區(qū)首條時速350km/h的無砟軌道客運專線[2]，隨著西部大開發(fā)的深入開展，高等級鐵路建設(shè)快速進(jìn)入經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的西部地區(qū)，黃土地區(qū)的鐵路工程病害問題已經(jīng)成為西部地區(qū)鐵路建設(shè)的重要制約因素[3，4]。

2黃土地區(qū)鐵路工程病害問題

濕陷變形具有變形量大、速度快、突發(fā)性、小連續(xù)性和小可逆性等特征[3，5]。黃土地區(qū)的鐵路工程建設(shè)常常會出現(xiàn)多種工程病害[6-8]，總結(jié)起來，大致包括如下幾種：路基穩(wěn)定性問題、邊坡穩(wěn)定問題、黃土隧道穩(wěn)定問題、橋涵地基穩(wěn)定問題、黃土陷穴問題、砂質(zhì)黃土地震液化問題、飽和黃土和松軟黃土問題以及黃土泥流問題等[6，9-14]。

2.1路基穩(wěn)定問題。濕陷性黃土地區(qū)鐵路經(jīng)常出現(xiàn)地基承載力低、路基下沉、路堤滑坍、路堤裂陷災(zāi)害、路堤開裂變形、高填方路堤的不均勻沉降等多種變形破壞模式[1，9，13-15]。黃土在天然含水率狀態(tài)下一般呈堅硬或硬塑狀態(tài)，具有一定結(jié)構(gòu)強度，并具有中低壓縮性，但遇水后強度顯著降低，在自重或工程荷載作用下會產(chǎn)生有劇烈的沉陷[3，16]。土層分布不均，路基填筑厚度差異，外荷載的變化，路基與一般構(gòu)筑物銜接處的結(jié)構(gòu)差異，均會導(dǎo)致濕陷性黃土地段路基形成差異沉降甚至斷裂破壞[17]。

2.2邊坡穩(wěn)定問題。黃土邊坡的穩(wěn)定性是黃土地區(qū)鐵路建設(shè)的一個突出的工程地質(zhì)問題，黃土地區(qū)鐵路工程中邊坡穩(wěn)定問題可總結(jié)為如下幾種，即斜坡變形、滑坡、錯落、崩塌、溜坍及坡面沖刷等[1，9，11-14，19]，其中滑坡、錯落、崩塌三種現(xiàn)象危害最大，沖刷及溜坍為長期作用，長期累積亦會引起斜坡的嚴(yán)重變形[9]。黃土滑坡一般發(fā)育于新老黃土交界面，具有變形速度快、規(guī)模大，破壞力強的特點[3]。

2.3黃土隧道穩(wěn)定問題。黃土隧道中鐵路工程病害問題主要有：塌方、掉落、大變形、剝落、頂拱沉陷、地下水等問題[7，20]。黃土隧道開挖時易在層理及開挖面處錯開，形成剝落，黃土遇水后亦軟化，在拱腳則產(chǎn)生沉陷[20]。砂質(zhì)黃土節(jié)理較發(fā)育，在隧道臨空面易形成大塊劈裂、塌落[7]。淺埋隧道由于黃土層成巖性差，結(jié)構(gòu)較疏松，自穩(wěn)時間短，開挖擾動后易產(chǎn)生坍塌冒頂現(xiàn)象[3，21]。富水黃土隧道受施工振動或列車運營的振動影響易產(chǎn)生軟化甚至可能產(chǎn)生液化破壞。

2.4橋涵地基穩(wěn)定問題。濕陷性黃土地基遇水后濕陷會造成樁周產(chǎn)生負(fù)摩擦力，增大樁基的豎向荷載，導(dǎo)致樁基的豎向承載力降低[3]。此外，黃土遇水濕陷后會導(dǎo)致樁基樁側(cè)土的水平抗力顯著降低，影響橋梁結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性[3]。

2.5黃土陷穴問題。黃土塬、高階地邊緣及較大黃土沖溝內(nèi)黃土陷穴較發(fā)育，坡面沖溝內(nèi)黃土陷穴多呈串珠狀分布，其下多貫通，黃土陷穴密集發(fā)育的斜坡和緩坡地帶通常會演化為斜坡變形體，影響工程的安全[11]。此外，后期形成的黃土陷穴還能給橋涵和隧道造成毀壞性破壞[12]。

2.6砂質(zhì)黃土地震液化問題

砂質(zhì)黃土屬可液化地層，分布于7度以上高地震裂度區(qū)地下水位以下的飽和砂質(zhì)黃土具有振動液化的風(fēng)險[11]。

2.7飽和黃土和松軟黃土問題

飽和黃土是指原具有濕陷性的新黃土，由于地下水的運動使其濕陷性退化，并呈現(xiàn)飽和狀態(tài)（飽和度大于80%）的黃土，常處于軟塑到流塑狀態(tài)，其主要工程地質(zhì)問題表現(xiàn)在強度低、壓縮性高、不滿足建筑物對地基土的要求，易造成失穩(wěn)破壞或過大沉降[3，11，14]。新近堆積黃土和新黃土通常是松軟黃土，其強度不滿足高標(biāo)準(zhǔn)鐵路沉降變形控制要求[11]。

2.8黃土泥流問題

黃土地區(qū)水土流失嚴(yán)重，一些崖邊變形嚴(yán)重的沖溝在強降雨的作用下易形成泥流，對其上的建筑物造成威協(xié)，因而在通過黃土沖溝，設(shè)置橋、涵工程時應(yīng)加以重視，留足凈空[11]。

3展望

目前對黃土地區(qū)鐵路工程病害問題研究總體上尚處于經(jīng)驗積累階段，研究手段以定性研究和工程地質(zhì)對比方法為主，在如下幾個方面尚需加強：

（1）對黃土濕陷機理以及影響黃土濕陷的各因素的定量化研究；

（2）濕陷性黃土與鐵路工程的相互作用機制研究；

（3）動力作用下黃土的演化機理及其對鐵路工程的影響。

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