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高速铁路采空桥基变形数据仿真分析

来源:中国三农市场网select= 发表时间:2014-04-21 11:07:55 作者:赵龙

  第1章绪论

  1.1论文研究意义

  我国矿产资源丰富,分布广泛,由于历史原因,矿产开采后很多并没有进行有效的治理,采空区因而形成并长期处于废弃状态。大面积的地面沉陷和裂隙是采空区发展阶段容易出现的情况,虽然有些还没有发生明显的变化,但它仍然对工程建设和人民的生命财产安全有着很严重的威胁,它是人类活动产生的潜在地质灾害之一。采空区的勘察和稳定性评价的研究还处于发展阶段,其勘察和稳定性分析方法尚未系统化,是非常值得探索研究的重要课题。目前国内高速铁路设计对于大型采空区都进行了绕避,针对无法绕避的小采空区和采空巷道都釆取了相应的工程措施,高速铁路采空区桥梁桩台基础的应用在国内研究的还比较少,以合福铁路上饶采空区为依托,开展高速铁路采空区桥基变形的研究有着很重要的意义。近年来,随着铁路工程建设的快速发展,铁路线路遍布大江南北,由于煤矿的大量开采而形了很多采空区,现在有些铁路项目不得不绕道避开采空区或者直接穿过釆空区,因此采空区对铁路建设的影响将会愈大。尤其是高速铁路的建设要求极为严格,对于不可避免地宴经过煤炭采空区的高速铁路,若采空区产生沉降和不均勻变形,则会对高铁桥梁工程造成巨大影响和破坏。对于高速铁路,桥基的不均勾沉降量对线路的平顺性有着很大的影响,一旦沉降量过大,就会因为平顺性变差而引起列车振动、列车运行时就会因为轮轨的原因而产生很大的冲击力;列车在高速运行中,其平稳舒适以及安全性指标将会受到较大影响,情况严重时可能导致列车出轨。因此,对于高速铁路采空区上方桥基变形进行研究显得格外重要,意义重大。通过研究高速铁路采空区桥梁基础变形机理,将数值模拟和理论分析联系在一起,并通过模型试验和现场监测的对比,研究其桥基荷载传递规律、地基沉降和不均匀沉降的规律,用以指导实践,为采空区的处理提供了有效的可靠的方法,因此具有重要的理论与实际意义。

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  1.2国内外研究现状

  高速铁路采空区上方桥基变形及其稳定性评价在国内外都发展较慢,理论和实践还处于起步的阶段,很多新兴的课题正在开展中。国内外对于采空区的研究分布很广,在煤炭、冶金、军事和交通等部门都有其开展研究的项目。开釆沉陷及“三下”采煤技术也是国内外研究的重点,矿山开釆沉陷学等学科就是在这样的循循渐进中建立的。在国外上世纪70年代,JoneS等人[1]研究分析了釆矿造成的塌落对公路的影响;上世纪80年代,Jones、sergeant[3]、M.c.wang[4]等人分别对采矿及其因开采而形成的釆空空洞进行了研究,并分析了其对上部建筑物的地基的印象和可能造成的危害。这些研究都只是处于理论阶段,并结合了当时少量的经验和调查,因此并没有发现比较系统的规律。1838年,比利时工程师哥诺特调查了列日城下因开采而发生沉陷的具体情况,提出了“垂线理论”,这是关于开采沉陷的首个理论。随后Gonot通过研究实测的资料,提出用相应的层面法线来确定采空区边界的影响范围,这就是“法线理论”。1885年,法国人裴约尔提出了“拱形理论”。之后,史米茨,凯因霍尔斯特、巴尔斯等人的研究对影响函数法的发展起到了很重要的推动作用,他们分析了开采影响范围内的区域及其分布情况,提出连续影响分布函数。1947年,前苏联的阿维尔申结合经验方法与理论分析对开采沉陷进行了非常详细研究,建立了地表下沉盆地剖面方程,通过该指数函数形式的方程得出水平移动与地面倾斜成正比。1954年,波兰的李特维尼申[5]认为岩层移动过程是随机的,并用柯尔莫哥罗夫方程证明其下沉过程,这就是开采沉陷的随机介质理论,由此幵采沉陷研究进入到更高的一个阶段。

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