2四川西南交大铁路发展有限公司 四川成都 610031
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摘要：随着我国高速铁路迎来快速发展的阶段，但是随着铁路建设理论与技术的完善，对于高速铁路路基的灾害治理也应该被予以重视，本文将流固耦合仿真分析技术引入到高铁既有路基注浆加固研究当中，通过对模拟不同注浆压力作用下土体与浆液的相互作用，从微观层面上探究了浆液对路基土体的破坏作用，得出了浆液对土体的影响范围大小，为实际工程提供理论指导。
关键词：路基沉降；数值模拟；流固耦合；高速铁路
路基沉降病害是铁路运营过程中的常见病害，铁路在运营过程中由于列车动荷载、土体本身性质等原因，难免会产生沉降。而随着我国高速铁路建造和运营技术的逐渐完善，怎样处理铁路运营过程中的沉降是目前科研工作者研究的一个重要方向。注浆技术由于其操作方便、施工难度低、在处理过程中并不会干扰既有铁路的行车等优势在实际工程中被广泛采用。而由于土体的隐蔽性和复杂性，又给注浆的研究带来许多不便，致使注浆的实际应用远远超过理论研究，但是近几年数值模拟分析以其独特的优势使得在注浆工程方面，受到国内外研究人员的重视。
1工程概况
沪宁城际采用相关仪器设备对全线典型工点进行沉降监测，通过观测可了解到各个土层的沉降量和路基整体的沉降量等对行车安全有重要意义的沉降参数，通过沉降参数、土层情况和行车概况等可选择合适的方式对沉降进行治理。本文以沪宁城际某工点沉降治理为例，运用数值模拟仿真对注浆的机理进行研究，探究了注浆过程中，浆液对地基土体的影响范围。
2模型参数设置
2.1 计算参数
注浆材料采用水灰比0.8：1的水泥浆液fluent中的参数设置如表1所示：
表1 Fluent中浆液参数
2.2 网格划分及颗粒填充
本次模拟充分利用离散元和有限元计算优势，即考虑到土体的离散性质，也考虑到浆液的连续性质。其划分网格后的模型如图1所示，颗粒填充后的模型如图2所示。
3 计算结果
3.1 计算工况
根据实际工程中，注浆压力大小，本次模拟选取0.1MPa、0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa进行仿真模拟。
3.2破裂键分布情况
采用耦合模拟的方式对注浆过程进行模拟，为研究注浆的微观机理，当浆液对颗粒的作用力大于临界应力时，土体颗粒之间的连接键开始断裂，将模型在注浆孔位置进行切片如图3所示。图3显示了随着注浆压力的增大，浆液对土体颗粒的破坏作用也就越大。当注浆增大到0.5MPa时，对土体的作用力已经很大了，在注浆孔平面的土体基本都发生了破坏。
3.3 浆液对土体的影响范围
根据浆液与土体的相互作用效果，浆液对土体的作用范围可分为劈裂区和挤压区，影响范围如图4和图5所示。
图3 注浆对连接键破坏情况
图4 劈裂区分布 图5 挤压区分布
由图4-5可知，土体劈裂区和挤压区随着注浆压力的增大而增大，可以看出随着注浆压力的增大，对土体的破坏程度也在加大，所以对于工程实际来说，并不能将注浆的压力一直增加，过大的注浆压力可能会对土体造成破坏，从而影响路基结构物。
4 结论
本文依据沪宁铁路某工点路基沉降治理工点为例，提出CFD-DEM耦合的方法对注浆的过程进行模拟，运用FLUENT-EDEM无缝流固耦合软件对注浆的全过程进行仿真计算，研究浆液对土体微观层面上的作用。得出以下结论：
（1）浆液对土体的破坏作用随着注浆压力的增大而增大，但是对注浆工程来说，并不能采用过大的注浆压力，因为考虑到浆液对土体的破坏，过大的注浆压力会导致破坏注浆孔周围的土体，不仅不能达到预期加固地基的效果，还可能造成地基土的损伤，影响承载力。
（2）浆液在较小压力时，对土体之间微观力的破坏不是太大，主要表现为浆液对土体的挤压作用，为压密注浆。注浆压力过大时，浆液对土体表现为破坏作用，为劈裂注浆。
5 基金支持
[1]中铁二院工程集团有限责任公司科研项目，《既有高速铁路线无砟轨道路基注浆加固技术研究》，科2017-22.
[2]四川省苗子工程，《高速铁路运营期间路基沉降注浆抬升关键技术研究》，2019JDRC0133.
参考文献：
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论文作者:代伟1 于来波2 曾海凌3 李宗昊3
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第6期
论文发表时间:2019/10/14
标签：浆液论文; 注浆论文; 路基论文; 压力论文; 工程论文; 作用论文; 数值论文; 《建筑细部》2019年第6期论文;