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摘要：以大西高铁沿线的某一典型抽水井及其周围高铁桥梁为研究对象，采用有限元分析软件Plaxis3D开展流固耦合数值仿真分析，从而定量的计算出农业灌溉井对高铁桥梁的变形影响，结果表明：灌溉期抽水致使的降水对高铁高架桥影响较小，高铁桥梁最大沉降3.06mm；间歇性的抽水，可以恢复地层的部分沉降，间歇时间越长越有利于控制变形；灌溉期间桥桩结构的受力发生改变，上半部分桩在土体固结的过程中，部分桩压转移到下部，导致桩体下半部承受荷载增大，桩端部的正应力从1223kN/m3增加到1894 kN/m3，换算成压力为从1880kN增加到2911kN，在桩体的承载能力范围内。综上所述，灌溉期间抽水对高铁桥梁的影响结果为安全。
关键词：高速铁路；抽水；安全性；简支梁桥
沉降是影响高铁安全运行的最为普遍、重要的因素之一，合理控制沉降逐渐成为高铁后期运营维护的主要环节。然而，在高铁运营前，铁路沿线不可避免的会发现一定数量的灌溉井，部分距离高铁桥梁很近，需要对其影响桥梁结构的安全性进行深入系统的分析[1]。基于此，本文将以大西高铁沿线的抽水井及其周围高铁桥梁结构为研究对象，采用有限元分析软件Plaxis3D开展流固耦合数值仿真分析，从而定量的计算出农业灌溉井对高铁桥梁变形的影响。
1 工程概况
本次模拟采用太原市某一代表性的桥梁（32跨简支梁桥、墩高20m）附近设有用以灌溉为目的的抽水井为模型进行仿真计算。其中水井直径为35cm，抽水管直径为9.5cm，井深200m，水位-20m，灌溉周期为每年4月至10月，其在高铁线路开通前一直在使用。鉴于篇幅限制，本文仅列举桥梁结构截面，见图1。
图2 高铁桥梁与灌溉井三维有限元模型
3 土体和地基的参数选取
地层采用最先进的高级本构模型HSS本构模型进行模拟。该模型是非线性塑性本构模型，非常适合分析土的物理属性，它充分考虑了三轴试验和固结试验等不同应力路径下的土体性能。其中，部分高级参数采用多年实践积累的经验参数，具体见表1。
4 计算结果与分析
灌溉期间场地的最大沉降4.35mm，如图3。灌溉结束后，经过240天停止抽水，场地最大沉降为1.37mm，如图4。
表1 物理力学参数
图3 灌溉期沉降云图 图4 停止抽水240天沉降云图
灌溉期间在抽水阶段发生沉降，但在停止抽水的3.5天内，土体会发生一定回弹。灌溉期间桥面的最大沉降会逐渐趋于稳定，最大值为3.06mm，如图5。
图5 桥面上两个监测点沉降时间曲线
灌溉期间，桩的上半段由于土体固结，降低了正应力，高铁桥的荷载传递到桩下半段。因此，下半段以及桩底的正应力都增加，剪应力也增加，如图6~图9。
5 结论
根据调研情况建立数值模型，对高铁沿线在灌溉期进行抽水引起的沉降进行了数值模拟，通过开展完
图8 初始状态桩侧正应力 图9 灌溉期桩侧正应力
全流-固耦合分析获得降水对高铁简支梁桥的影响。结果：灌溉期抽水对高铁高架桥的影响较小，高铁桥梁最大沉降为3.06mm；间歇性的抽水可以让地层的沉降得到恢复，间歇时间越长越有利于控制变形；灌溉期间桥桩结构的受力发生改变。上半部分桩在土体固结的过程中，部分桩压转移到下部，导致桩体下半部承受荷载增大，桩端部的正应力从1223kN/m3增加到1894 kN/m3，换算成压力为从1880kN增加到2911kN，在桩体的承载能力范围内。综上所述，灌溉期间抽水对高铁桥梁的影响结果为安全。
基金项目：
1.四川省科技支撑计划，高速铁路无砟轨道密集型路隧过渡段设计理论及关键技术研究，2016GZ0338.
2.四川省科技计划项目苗子工程，高速铁路新型路桥（隧）过渡段设计理论及关键技术研究，18MZGC0247.
参考文献：
[1]杨长卫，张建经，朱浩波，谢晓安.高速铁路路桥（涵）过渡段的新型设计方法研究[J].铁道科学与工程学报，2011，8（05）：6-11.
论文作者:洪之涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/29
标签：高铁论文; 桥梁论文; 应力论文; 模型论文; 如图论文; 沿线论文; 荷载论文; 《防护工程》2018年第35期论文;