大秦铁路股份有限公司侯马北工务段 山西侯马 043000
摘要：以大西高铁沿线的某一典型抽水井及其周围高铁路基路线为研究对象，采用国际著名的顶尖岩土有限元分析软件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抽水对高铁线路的变形影响，结果表明：灌溉期抽水导致地下水位降低对高铁路基的影响较小，高铁路基最大沉降2.46mm；间歇性的抽水，可以让地层的变形得到恢复，间歇时间越长越有利于控制路基沉降变形，灌溉期适当抽水对高铁路基的影响结果为安全。
关键词：高速铁路；抽水；安全性；路基
高铁线路对基础沉降变形的要求非常严格。研究线路段的周边，有大量的农用灌溉井，且井深度较深，灌溉期抽水时间较长，对深厚的土层易引起加速固结沉降变形，其距高铁线路较近，处于“沉降漏斗”中，需要精密计算分析[1-2]。基于此，本文以大西高铁沿线的抽水井及其周围高铁路基路线为研究对象，采用国际著名的顶尖岩土有限元分析软件Plaxis3D进行流-固耦合数值仿真分析，从而定量的计算出典型农业灌溉井抽水对高铁线路的变形影响。
1 工程概况
本次模拟采用晋中市某一典型线路段上行处，距路堤坡脚25m处设有用以饮水、灌溉为目的的抽水井为原型进行仿真计算。其中水井直径为35cm，井深200m，水位-50m，灌溉周期为每年4月至10月。路基截面如图1所示：
图3 高铁路基与灌溉井三维有限元模型
根据调查，农用抽水井深度200m，因此场地地质深度取210m，概化为9层。从上至下分别为：粉质黏土层、黏土层、粉质黏土层、黏土层、粉质黏土层、砂层、深层黏土、深层粉质黏土、砂岩。地下水常年水位在-20m。高铁路基分为基床表层和基床底层，布满密实的粗颗粒砂和砾石，如图2。
抽水井对路基边缘的垂直距离为25m。模型尺寸为长180m、宽140m，深度210m，如图3。
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。该模型属于非线性塑性本构模型，非常适合分析土体的物理属性，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。
表1 物理力学参数
根据当地现场调研，据农业灌溉期的抽水规律建立计算阶段模拟灌溉过程，共分为51个计算阶段，最终完成周期1年。模拟施工步骤设置如下：
（1）初始阶段，生成自重应力和水压力。
（2）建造高铁路基及荷载，采用塑性分析。
（3）调零塑性步，采用塑性分析。
（4）灌溉井抽水12小时，流-固耦合分析。
（5）灌溉井停止抽水3.5天，流-固耦合分析。
（6）对阶段3和4的设置进行循环。
（7）停止抽水270天。
4 计算结果与分析
灌溉期间的计算结果为场地最大沉降3.6mm。如图4。
灌溉结束后，经过270天停止抽水，场地最大沉降为0.72mm，如图5。灌溉期间在抽水阶段发生沉降，但在停止抽水的3.5天内，土体发生一定回弹。灌溉期路堤的最大沉降会逐渐趋于稳定，最大值为2.46mm，如图6。
图6 路面上两个监测点沉降时间曲线
5 结论
根据调研情况建立数值模型，对灌溉期抽水引起的高铁沿线路基沉降进行了数值模拟，通过完全流-固耦合分析获得降水对高铁的影响。主要结论：灌溉期抽水导致地下水位降低对高铁路基的影响较小，高铁路基最大沉降2.46mm；间歇性的抽水可以让地层的变形得到恢复，间歇时间越长越有利于控制变形。综上所述，灌溉期间对高铁路基的影响为安全。
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.
[2]罗强.高速铁路路桥过渡段动力学特性分析及工程试验研究[D].西南交通大学，2003.
论文作者:冯汉卿
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：路基论文; 高铁论文; 黏土论文; 如图论文; 模型论文; 塑性论文; 线路论文; 《防护工程》2018年第35期论文;