车激震动作用下的堤防稳定性分析

刘忠富 马栋和 王 锐

(1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021; 2.水利部寒区工程技术研究中心，吉林 长春 130051)

1 概述

高速行驶的列车会通过轮—轨系统产生一定的震动，并将震动通过轨道、桥墩等传至地基土层中，该震动会引起一定范围内地基土层的下沉或隆起变形，严重则产生场地的粉细砂液化现象，如不加以分析及处理，将威胁铁路的正常运行。某改建的松花江公铁两用桥，北岸堤防两侧桥墩承台及桩基均距离堤脚较近，且该范围内堤防地基土层存在8 m左右的饱和粉—细砂层，粉细砂层在震动作用下很容易发生液化反应而降低有效应力。因此，需对该公铁两用桥行驶过程中，由轮—轨系统产生的震动作用进行分析研究，并明确堤基砂土的变形规律，对保证该铁路桥安全运行具有重要的意义。

2 地质年代判别液化特征

3 标准贯入试验判定液化

国内外资料显示，采用标准贯入试验法进行复判是比较成熟的。依据现行相关规程规范，采用式(1)进行判别：

(1)

其中，Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值；N0为液化判别标准贯入锤击数基准值；ds为饱和土标准贯入点深度,m；dw为地下水埋深,m；pc为粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3；β为调整系数分别取0.80,0.95,1.05。

研究区设计基本地震加速度为0.05g，相当于地震基本烈度为6度，而规范中给定的标准贯入锤击数基准值N0所对应的最小设计基本地震加速度为0.1g(地震基本烈度7度)。偏于安全考虑，计算贯入锤击数临界值时，标准贯入击数基准值选为7。据地质调查与标准贯入试验结果，统计墩基各土层标准贯入击数，具体统计结果如图2所示，并计算各土层界面处标准贯入临界值，如图3所示。

4 动力稳定分析

进行堤基震动液化分析，采用等效线弹性模型(Hardin-Drnevich模型)。边界范围的选取与静力分析阶段一致。动力分析时，模型足够“大”，即边界距离所研究区域较远时，两端边界可限制x方向位移，y方向自由。下端基岩边界条件为x,y方向均为位移约束，初始超静孔隙水压力为0。

动剪应力大于抗液化剪应力时就认为土体发生液化，将计算所得的纵横向震动波谱导入动态计算模型，将2根桥墩墩顶设置为加速度边界，如图4所示。

5 堤防稳定性分析

堤防动力稳定分析采用SLOPE/W模块。首先在QUAKE/W模块中进行建模，将已获取的轮—轨系产生的震动波形导入QUAKE/W，计算列车同行的震动周期内堤防的应力应变特征；将计算结果导入SLOPE/W，根据计算时步逐步搜索最危险滑动面。边坡稳定计算方法采用摩根斯坦—普赖斯法，最危险滑动面搜索时手动指定滑动面的剪入口与剪出口。计算结果如图5,图6所示。

从上述计算结果可以看出，模拟多桩支撑，桩基进入基岩(32 m)，堤基土在高速列车的轮—轨系统产生的震动作用下，堤防边坡的安全系数出现了小幅度的下降，这是由于震动作用使得堤防基饱和粉细砂层中的孔隙水压力增加，有效应力下降导致抗剪强度指标降低而产生。

6 结语

1)根据规范中地质年代判别法及标准贯入试验进行判定，堤基存在一定范围的可液化土层。

2)SLOPE/W计算承台多桩支撑，且桩基设计深度32 m(进入基岩)，桩基进入基岩(32 m)，堤基土在高速列车的轮—轨系统产生的震动作用下，堤防边坡的安全系数出现了小幅度的下降，这是由于震动作用使得堤防基饱和粉细砂层中的孔隙水压力增加，有效应力下降导致抗剪强度指标降低而产生。

3)堤防在车激震动影响下，土体抗滑稳定安全系数在规范规定的安全范围内。

参考文献:

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