二灰改良風積土作為高鐵路基填料可行性初步研究

郝連學

摘要：本文使用ADINA有限元軟件，模擬傳統(tǒng)AB填料高速鐵路路基與二灰改良風積土路基在列車荷載作用下的沉降及荷載響應情況，用以評估二灰改良風積土在高速鐵路建設上的應用前景。

關鍵詞：改良風積土;有限元;沉降及荷載

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-9129（2020）08-0095-01

由遼西風積土的基本物理、力學試驗和土動力學試驗可知，遼西風積土是一種工程性質(zhì)很不理想的粉質(zhì)粘土，其土性指標匯總?cè)缦卤?所示。由于遼西風積土靜、動力學性質(zhì)較差，作為構(gòu)筑物地基土，如果不對其進行土體改良或者特殊加固，很可能出現(xiàn)各種工程事故，比如基礎不均勻沉降、地基土振（震）動液化、地基振（震）陷等等。

隨著遼西地區(qū)交通事業(yè)的發(fā)展，特別是高速鐵路的發(fā)展，對遼西風積土地基進行加固及改良就顯得尤為必要。作者已對二灰（石灰、粉煤灰）改良風積土的動強度特性進行了試驗，研究表明通過在風積土中摻入適當?shù)氖?、粉煤灰，可以顯著提高風積土的動強度，改良后的風積土破壞動強度可達到254kPa，動內(nèi)凝聚力可達到73.9kPa，動內(nèi)摩擦角可達到26.7°。

1 模型設計

本文采用哈大高鐵沈陽蘇家屯某試驗段作為計算模型，繪制了路堤設計圖。高鐵地基由CFG樁加固，形成CFG樁復合地基，為了簡化計算模型，不考慮樁土耦合關系，直接把該部分作為復合地基處理，使用統(tǒng)一的計算參數(shù)。CFG樁復合地基變形模量計算方法為

高鐵路基由上到下分別為級配碎石、砂礫層、土工織布、砂礫層、非凍土和A、B組料填土。地基可影響土層分為兩類，0～9.5m為粉質(zhì)粘土，9.5m以下為圓礫。為保證地基有足夠強度，粉土層設置CFG樁組成復合地基，樁長為9.5m。CFG樁復合地基置換率為0.09，粉質(zhì)粘土變形模量為18MPa，CFG樁變形模量為23000MPa，通過式（1）算得復合模量為2086MPa。

考慮到路基的對稱性，取半幅地基和路基進行分析。計算范圍，地面以下豎向取30m，即復合地基加固區(qū)高度的兩倍，橫向取27.6m，即超過路基地面寬度的兩倍。邊界約束條件為：在地基土的下部邊界因為遠離CFG復合地基加固區(qū)，荷載影響很小，視為無位移的固定邊界，中心對稱面和側(cè)面各節(jié)點限制水平位移，路基表面為自由邊界。按照設計圖建立計算模型，并進行網(wǎng)格劃分。

2 計算結(jié)果及分析

在列車荷載作用下，高鐵路基填料分別為AB組料和二灰改良風積土時的變形云圖，路基在列車荷載作用下，豎向位移最大處位于路基頂面道軌。

從路基頂面在列車荷載作用下的豎向位移時程曲線可知在列車動荷載作用下，路基頂面在最初10s內(nèi)豎向位移增長很快，隨著振動時間的增長，豎向位移變化較小，趨向于最大豎向位移。AB組填料路基的最大豎向位移為0.017m，二灰改良風積土填料路基的為0.024m，兩種填料的路基豎向位移相差較小，可以認為二灰改良風機土也是一種比較理想的高鐵路基填料。從路基中線以下各深度處的最大豎向位移圖中可知，兩者的地基部分豎向位移基本相同，但是在路基部分AB組料路基豎向位移更平緩，使用AB組料作為高速鐵路路基填土更為合理。

3 小結(jié)

本文使用ADINA有限元軟件，模擬傳統(tǒng)AB填料高速鐵路路基與二灰改良風積土路基在列車荷載作用下的沉降及荷載響應情況。對比分析了兩種路基頂面最大豎向位移隨振動時間的關系，以及路基與地基各深度處的豎向位移。研究表明，傳統(tǒng)AB填料高速鐵路路基的使用效果更好，抗振陷能力要好于二灰改良風積土路基，但是二灰改良風積土高速鐵路路基的振陷也較小，仍然在允許的范圍內(nèi)。在遼西地區(qū)修建高速鐵路，考慮到經(jīng)濟性，二灰改良風機土作為高鐵路基不失為一種好的選擇。但是本章對路基和地基的材料、荷載和邊界條件均進行了一些簡化，模擬計算的結(jié)果與真實情況也存在很大差距。因此，為了更好的論證二灰改良風積土作為高鐵路基填料的可行性，需要進行相應的室內(nèi)及室外試驗。

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