千枚巖棄渣改良后用作鐵路路基填料的數值模擬研究

魯得文 趙 磊

（1.楊凌職業技術學院建筑工程分院，陜西 楊凌 712100）

（2.重慶市軌道交通設計研究院有限責任公司，重慶 401122）

0 引言

千枚巖巖體抗風化能力弱，強度及水理特性均較差，遇水、風化后其抗壓強度會急劇降低，難以直接使用到鐵路工程建設中，如何將分化千枚巖用作路基填料成為工程人員急需解決的現實問題。關于千枚巖棄渣的研究國內外已經取得了豐富的經驗，方燾等分析了風化千枚狀板巖的力學特性，表明風化千枚狀板巖壓實后沉降較小，但千枚巖浸水后容易發生軟化，采用其填筑路基時應注意加強防排水；熊躍華等采用室內相似材料模型試驗研究了軟巖路基的施工工藝和穩定性；趙磊等研究了水泥改良千枚巖棄渣改良前后的性能。本文在前人研究的基礎上通過有限元軟件進行數值模擬，研究了千枚巖棄渣在水泥改良前后用作鐵路路基填料在一定時速動荷載影響下的變化情況，從而為千枚巖棄渣在鐵路路基填料穩定性和安全性提供理論依據。

1 模型建立

本次建模采用有限元分析軟件MIDAS/GTS為數值模擬基礎平臺，使用其提供的時程分析功能模塊進行路基動力分析模擬，所建模型見圖1所示，選取列車時速為160km/h，考慮改良前和5%水泥改良后兩種工況。

圖1 所建模型結構單元圖

2 計算結果與分析

2.1 豎向位移分析

圖2至圖3為路基在160km/h時速下改良前后的豎向位移云圖，由圖中可以看出改良前的豎向位移最大值大約在6.5mm，改良后豎向位移在1.36mm左右，改良后豎向位移較改良前有較大的減少，由此判斷改良效果較好。

圖2 改良前豎向位移云圖

圖2 改良后豎向位移云圖

2.2 最大主應力分析

改良前后最大主應力云圖見圖3、圖4所示，由圖中可以看出在改良前后其最大主應力有較大的增大，這與其改良后路基的剛度增大有一定的關系，也驗證了用水泥改良千枚巖棄渣其改良效果明顯。

圖3 改良前最大主應力云圖

圖4 改良后最大主應力云圖

3 結論

通過數值模擬對千枚巖棄渣用作鐵路路基填料在一定速度下其路基特性進行分析，得出以下結論：

（1）改良前路基的豎向位移最大值大約在6.5 mm，改良后豎向位移在1.36mm左右，改良后豎向位移較改良前有較大的減少，由此判斷改良效果較好。

（2）改良后路基最大主應力有較大的增大，這與其改良后路基的剛度增大有一定的關系。