千枚巖棄渣改良后用作鐵路路基填料的數(shù)值模擬研究

魯?shù)梦?趙 磊

（1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程分院，陜西 楊凌 712100）

（2.重慶市軌道交通設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，重慶 401122）

0 引言

千枚巖巖體抗風(fēng)化能力弱，強(qiáng)度及水理特性均較差，遇水、風(fēng)化后其抗壓強(qiáng)度會急劇降低，難以直接使用到鐵路工程建設(shè)中，如何將分化千枚巖用作路基填料成為工程人員急需解決的現(xiàn)實問題。關(guān)于千枚巖棄渣的研究國內(nèi)外已經(jīng)取得了豐富的經(jīng)驗，方燾等分析了風(fēng)化千枚狀板巖的力學(xué)特性，表明風(fēng)化千枚狀板巖壓實后沉降較小，但千枚巖浸水后容易發(fā)生軟化，采用其填筑路基時應(yīng)注意加強(qiáng)防排水；熊躍華等采用室內(nèi)相似材料模型試驗研究了軟巖路基的施工工藝和穩(wěn)定性；趙磊等研究了水泥改良千枚巖棄渣改良前后的性能。本文在前人研究的基礎(chǔ)上通過有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了千枚巖棄渣在水泥改良前后用作鐵路路基填料在一定時速動荷載影響下的變化情況，從而為千枚巖棄渣在鐵路路基填料穩(wěn)定性和安全性提供理論依據(jù)。

1 模型建立

本次建模采用有限元分析軟件MIDAS/GTS為數(shù)值模擬基礎(chǔ)平臺，使用其提供的時程分析功能模塊進(jìn)行路基動力分析模擬，所建模型見圖1所示，選取列車時速為160km/h，考慮改良前和5%水泥改良后兩種工況。

圖1 所建模型結(jié)構(gòu)單元圖

2 計算結(jié)果與分析

2.1 豎向位移分析

圖2至圖3為路基在160km/h時速下改良前后的豎向位移云圖，由圖中可以看出改良前的豎向位移最大值大約在6.5mm，改良后豎向位移在1.36mm左右，改良后豎向位移較改良前有較大的減少，由此判斷改良效果較好。

圖2 改良前豎向位移云圖

圖2 改良后豎向位移云圖

2.2 最大主應(yīng)力分析

改良前后最大主應(yīng)力云圖見圖3、圖4所示，由圖中可以看出在改良前后其最大主應(yīng)力有較大的增大，這與其改良后路基的剛度增大有一定的關(guān)系，也驗證了用水泥改良千枚巖棄渣其改良效果明顯。

圖3 改良前最大主應(yīng)力云圖

圖4 改良后最大主應(yīng)力云圖

3 結(jié)論

通過數(shù)值模擬對千枚巖棄渣用作鐵路路基填料在一定速度下其路基特性進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）改良前路基的豎向位移最大值大約在6.5 mm，改良后豎向位移在1.36mm左右，改良后豎向位移較改良前有較大的減少，由此判斷改良效果較好。

（2）改良后路基最大主應(yīng)力有較大的增大，這與其改良后路基的剛度增大有一定的關(guān)系。