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铁路施工对雅丹动力稳定性影响研究

铁路施工对雅丹动力稳定性影响研究

作者：陈豫津中国地震局兰州地震研究所

学位级别：硕士

青海省新建地方铁路鱼卡(红柳)至一里坪线位于柴达木盆地西北部,正线长度98.053km,其中穿越雅丹密集区23.47km。该区域雅丹地貌区为省级风景名胜区,铁路的施工势必会对其自身稳定性造成影响,而铁路的施工安全性也备受关注。铁路的建设... 详细信息

青海省新建地方铁路鱼卡(红柳)至一里坪线位于柴达木盆地西北部,正线长度98.053km,其中穿越雅丹密集区23.47km。该区域雅丹地貌区为省级风景名胜区,铁路的施工势必会对其自身稳定性造成影响,而铁路的施工安全性也备受关注。铁路的建设将不可避免的受到雅丹地貌的阻碍,对于大规模连续雅丹分布区,通过建设桥涵的方式来跨越雅丹。但是,因施工需求而对雅丹地貌进行大规模的土方开挖及雅丹周边的施工振动等工程措施,会给雅丹地貌稳定性造成潜在的威胁。因此,开展铁路施工作用下雅丹地貌工程状态的研究、评价其安全稳定性,是保证雅丹密集区内铁路长期、安全、可靠施工的关键。本文采用相关资料收集分析和现场调查、现场施工振动测试、面波测试,室内试验和有限元计算等方法,分析了线路穿过雅丹密集区场地特征及铁路施工对雅丹动力稳定性的影响。在对线路通过区域雅丹地貌的分布及形态特征调查的基础上,利用工程地质勘探手段得到了该区域场地加速度衰减规律和浅层(0～30m)地下结构分布,根据室内静/动三轴试验结果分析了雅丹沉积物的土动力学特征。在此基础上运用三维有限元分析方法对典型雅丹大规模土方开挖及其在施工振动作用下的动力响应特征进行了有限元数值计算。论文的主要结论和创新点可以归纳如下:(1)该线路穿越的雅丹地貌是一种典型的风蚀地貌,以中小型雅丹为主,形成物质主要是第四系中下更新统及部分第三系上新统和上更新统的湖相沉积物,沉积物质为细砂及含盐泥岩夹泥质粉砂岩。通过现场调查,可将该区域典型雅丹地貌按形态分为5类,分别为:类棱台形雅丹(方台地)、类圆锥形雅丹、长垄形雅丹、多峰形雅丹和奇异形雅丹;按沉积层数分为3类,分别为:大型雅丹、中型雅丹和小型雅丹。(2)线路穿越的雅丹密集区内雅丹体形态参数l与w(l:雅丹体长;w:雅丹体宽)之间具有较好的正相关关系,对所测量的40组数据用最小二乘法拟合可得该区域雅丹地貌R(l/w)=5.68。(3)不同的铁路施工工艺对雅丹的影响不尽相同,其中,路基碾压施工的振动影响最大。25t压路机路基碾压施工的振动影响范围为距离振源33m以内,距施工点33m范围以外的振动加速度峰值为16.56cm·s-2,其振动影响小于地震烈度Ⅴ度区,对施工场地雅丹地貌的振动影响可不予考虑。(4)该雅丹密集分布区场地的地下构造呈4层水平均匀分布,其软弱覆盖层厚度较小,1.5m以下剪切波速(VS)迅速升高,为盐类沉积物及泥土,其沉积年代久,强度较高。综合考虑剪切波速和覆盖层厚度分布测试结果,该区域的建筑场地类别为II类场地。(5)通过对雅丹土样的含水率测试可知,各层沉积物的平均含水率仅为1.02%。这一结果与该区域内降雨量少,蒸发量大及内陆盆地性荒漠气候等特征相对应。通过静/动三轴试验可知,雅丹土体具有较高的粘聚力(c)和内摩擦角(φ),最大值分别为131.6kPa和72°,最大动弹模为266MPa。(6)数值计算表明:天然状态下,不含软弱夹层雅丹开挖后的最小安全系数为1.61。含软弱夹层雅丹开挖后的最小安全系数为1.48。施工振动作用下,在雅丹开挖面出现了显著的加速度放大效应,且沿开挖面高度方向放大系数逐渐升高,最大值为1.78;不含软弱夹层雅丹在施工振动作用下的最小安全系数为1。含软弱夹层雅丹在施工振动作用下的最小安全系数为0.8。施工振动产生的水平向荷载对雅丹稳定性影响较大,不含软弱夹层雅丹塑性区沿开挖面两侧风化层内开展;含软弱夹层雅丹塑性区主要集中于下部软弱夹层内。(7)深水区雅丹沉积物具有较高的强度,稳定性好,此类雅丹的开挖不会对其稳定性有较大影响。而深、浅水区沉积的雅丹受软弱夹层控制,表现出较低的稳定性。尤其是大规模的土方开挖等工程措施使得未胶结砂层出露,再加之风蚀、机车运行等外界因素影响,将会对其整体稳定性造成影响,在开挖工程中,应对出露的软弱砂层采取相应的保护措施。

关键词：柴达木盆地雅丹地貌振动测试有限元方法动力响应

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黄土斜坡变形失稳破坏特征的振动台模型试验

上海交通大学学报 2015年第7期49卷 940-945页

作者：吴志坚雷天陈豫津王平柴少峰中国地震局(甘肃省)黄土地震工程重点实验室兰州730000 中国地震局兰州地震研究所兰州730000 甘肃省岩土防灾工程技术研究中心兰州730000

基于低含水率黄土纯土层、低坡角斜坡、1∶25相似比的振动台模型试验,研究了黄土斜坡在地震作用下的变形发生和失稳破坏过程及其加速度和应力响应特征,对典型黄土斜坡强震失稳机制进行了探讨.试验表明:黄土斜坡对输入地震波存在着明显... 详细信息

基于低含水率黄土纯土层、低坡角斜坡、1∶25相似比的振动台模型试验,研究了黄土斜坡在地震作用下的变形发生和失稳破坏过程及其加速度和应力响应特征,对典型黄土斜坡强震失稳机制进行了探讨.试验表明:黄土斜坡对输入地震波存在着明显的临空面放大效应以及垂直放大效应;在烈度为VII度的地震荷载作用下,斜坡模型在其坡顶前缘处发生了最初的张性裂缝,随着地震强度的增加,斜坡顶部的张性裂缝逐渐由前缘向后缘推进,最终形成一系列的永久性张性破坏;在烈度为IX度的地震作用下,模型顶部出现了明显的震陷,呈现出典型的震陷型滑坡的特点.

关键词：黄土斜坡振动台试验动力响应变形失稳

岷县漳县6.6级地震永光村滑坡致灾机制分析

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岩土工程学报 2019年第A02期41卷 165-168页

作者：吴志坚陈豫津王谦赵多银张丹南京工业大学交通运输工程学院江苏南京210009 中国地震局黄土地震工程重点实验室甘肃兰州730000 甘肃省科学院甘肃兰州730000 兰州交通大学甘肃兰州730000

2013年7月22日甘肃省定西市岷县漳县MS6.6级地震,诱发了大量黄土滑坡和崩塌灾害。基于对岷县梅川镇永光村西侧泥流状黄土滑坡的现场勘察、探井取样和高密度面波勘探,得到了该滑坡的地形条件和土层分布特点。通过对滑坡体土样进行室内动... 详细信息

2013年7月22日甘肃省定西市岷县漳县MS6.6级地震,诱发了大量黄土滑坡和崩塌灾害。基于对岷县梅川镇永光村西侧泥流状黄土滑坡的现场勘察、探井取样和高密度面波勘探,得到了该滑坡的地形条件和土层分布特点。通过对滑坡体土样进行室内动三轴液化试验,验证了该滑坡土体在地震作用下发生液化的可能。结合动力有限元法和强度折减法,分析了该滑坡在地震作用下的动力响应特征和动力稳定性的影响因素。结果表明:震前的持续强降雨,导致滑坡体表层黄土含水率升高,抗剪强度降低,在强地震荷载作用下,黄土层之间存在拉应力效应,表层土体发生液化,造成该斜坡失稳瞬间发生,发生长距离滑移。

关键词：岷县漳县地震黄土滑坡动力稳定性致灾机制

基于有限元的动力稳定性评价方法与应用——以王家墩古滑坡为例

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西北地质 2019年第4期52卷 286-293页

作者：陈豫津吴志坚刘兴荣甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所甘肃兰州730000 南京工业大学南京210000

天水市秦安县王家墩滑坡为宝兰客专沿线巨型古滑坡群,秦安隧道穿其而过。笔者以王家墩古滑坡为研究对象,围绕其工程中静、动力抗滑稳定问题,通过室内试验对影响王家墩古滑坡稳定性的地质构造、场地工程条件等内在因素进行分析评价,在此... 详细信息

天水市秦安县王家墩滑坡为宝兰客专沿线巨型古滑坡群,秦安隧道穿其而过。笔者以王家墩古滑坡为研究对象,围绕其工程中静、动力抗滑稳定问题,通过室内试验对影响王家墩古滑坡稳定性的地质构造、场地工程条件等内在因素进行分析评价,在此基础上通过有限元动力分析,对王家墩古滑坡在地震载荷下的动力响应进行分析,明确王家墩古滑坡稳定的影响因素、地震荷载与滑坡失稳破坏间的关系。采用动力有限元法和强度折减法结合的方法,开展动力抗滑稳定分析方法研究。分析结果表明,地震作用时的水平推力对古滑坡的稳定性有很大影响,表现为上部坡体的整体滑移和隧道入口段黄土堆积层局部失稳滑塌,采用位移突变的方法来确定边坡动力失稳及动力安全系数。

关键词：古滑坡地质灾害有限元动力分析

黏性土坡地震失稳机制及其在黄土斜坡地震稳定性分析中的应用

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地震工程学报 2016年第3期38卷 452-459页

作者：赵文琛吴志坚陈豫津中国地震局兰州地震研究所黄土地震工程重点实验室甘肃兰州730000 甘肃省岩土防灾工程技术研究中心甘肃兰州730000

基于地震作用下黏性土坡失稳滑动特点,以土体应力状态及其变化分析边坡失稳过程。通过分析地震作用下边坡不同部位土体应力状态和剪应力变化,结合实际地震边坡失稳破坏特征,提出黏性土坡地震三段式滑动失稳机制。在分析该滑动失稳机制... 详细信息

基于地震作用下黏性土坡失稳滑动特点,以土体应力状态及其变化分析边坡失稳过程。通过分析地震作用下边坡不同部位土体应力状态和剪应力变化,结合实际地震边坡失稳破坏特征,提出黏性土坡地震三段式滑动失稳机制。在分析该滑动失稳机制与有限元强度折减法之间应力关联的基础上,将两者结合应用于实际黄土地震滑坡动力稳定性分析。依据此考虑得到的动力安全系数相比较其他方法,与极限平衡法得到的结果更为接近。

关键词：黏性土坡滑动失稳机制边坡地震稳定性分析有限元强度折减法

柴达木盆地雅丹地区场地特征及铁路路基施工影响

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防灾减灾工程学报 2016年第2期36卷 309-314,322页

作者：陈豫津吴志坚王平严武建中国地震局(甘肃省)黄土地震工程重点实验室甘肃兰州730000 中国地震局兰州地震研究所甘肃兰州730000 甘肃省岩土防灾工程技术研究中心甘肃兰州730000

基于对青海省地方铁路鱼卡（红柳）至一里坪铁路通过的雅丹地貌分布区的现场调查,将该区域雅丹按形态及沉积特征进行了分类。利用高密度面波勘探,得到了铁路通过该雅丹密集分布区典型工程场地的浅层（0~30m）地下结构分布,综合考虑剪切... 详细信息

基于对青海省地方铁路鱼卡（红柳）至一里坪铁路通过的雅丹地貌分布区的现场调查,将该区域雅丹按形态及沉积特征进行了分类。利用高密度面波勘探,得到了铁路通过该雅丹密集分布区典型工程场地的浅层（0~30m）地下结构分布,综合考虑剪切波速和覆盖层厚度分布测试结果,该区域场地的建筑场地类别为II类场地。进而通过对该场地的主要铁路路基施工方式的现场强震动测试,得到了路基碾压施工的振（震）动加速度衰减规律以及路基碾压施工对雅丹影响的安全避让距离为距离震源33m。

关键词：柴达木盆地雅丹地貌场地特征路基施工加速度衰减

高密度面波勘探和小型台阵地脉动观测在西部地区地震防灾中的应用

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地震工程学报 2013年第4期35卷 780-788页

作者：冯少孔车爱兰吴志坚严武建陈豫津上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 中国地震局黄土地震工程重点实验室甘肃兰州730000 中国地震局兰州地震研究所甘肃兰州730000 甘肃省岩土防灾工程技术研究中心甘肃兰州730000

鉴于我国西部地区地震防灾需要一种简便快速、低成本的地下构造调查方法,本文利用对甘肃岷县漳县地震灾害科考机会,对高密度面波勘探和小型台阵地脉动观测在西部山区地下构造调查中的有效性进行了试验.试验选取房屋倒塌和滑坡等不同灾... 详细信息

鉴于我国西部地区地震防灾需要一种简便快速、低成本的地下构造调查方法,本文利用对甘肃岷县漳县地震灾害科考机会,对高密度面波勘探和小型台阵地脉动观测在西部山区地下构造调查中的有效性进行了试验.试验选取房屋倒塌和滑坡等不同灾害类型以及不同地质条件的场地进行;2种方法的数据采集都使用普通小型便携式面波仪和4 Hz地震检波器,其中,小型台阵采用底边长16m的正三角形台阵,观测时间约30分钟.试验结果显示,高密度面波勘探能够探测地下约30～40m以内的剪切波速度构造,小型台阵探测深度稍深,约为40～50m,但是浅层分辩率较低.试验还显示,两种勘探方法使用同一台普通面波仪和地震检波器,设备小、成本低、便于携带,非常适合西部地区地震防灾之地下构造调查.

关键词：高密度面波勘探台阵地脉动观测频散分析地下构造地震防灾地震小区划

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黄土地质灾害相关科学研究问题探讨

冰川冻土 2018年第1期40卷 197-204页

作者：王得楷张满银叶伟林刘兴荣陈豫津张明礼甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所甘肃兰州730000

黄土地质灾害防治是一个刚起步的学科,其学科基础理论的建立有赖于黄土科学的进步和自身的逐步完善。与黄土地质灾害相关的黄土科学研究问题,大的方面至少包括黄土地质灾害本身、黄土科学基础理论和黄土高原环境三大方面。黄土覆盖区社... 详细信息

黄土地质灾害防治是一个刚起步的学科,其学科基础理论的建立有赖于黄土科学的进步和自身的逐步完善。与黄土地质灾害相关的黄土科学研究问题,大的方面至少包括黄土地质灾害本身、黄土科学基础理论和黄土高原环境三大方面。黄土覆盖区社会经济的飞速发展,对黄土科学技术的发展提出了严峻的挑战和更为深广的需求。结合多年工作经验总结,在查阅文献资料的基础上,探讨性的推荐出关于黄土、黄土高原、黄土地质灾害的32个研究专题,亟待多学科、多专业的联合攻关,提出指导性强的综合创新成果。

关键词：黄土黄土科学黄土高原黄土与环境黄土地质灾害防治科学研究

岷县漳县6.6级地震黄土场地放大效应地脉动测试研究

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地震工程学报 2013年第3期35卷 477-482页

作者：严武建吴志坚车爱兰钟鹏飞陈豫津中国地震局黄土地震工程重点实验室甘肃兰州730000 中国地震局兰州地震研究所甘肃兰州730000 甘肃省岩土防灾工程技术研究中心甘肃兰州730000 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

2013年7月22日甘肃岷县漳县MS6.6级地震在极震区出现了黄土场地放大效应,为了从理论上解释黄土场地放大效应的原理,本文利用地脉动测试了极震区2个典型的黄土场地进行研究。结果发现:在黄土覆盖地区场地卓越频率特征显著,即在同一区域... 详细信息

2013年7月22日甘肃岷县漳县MS6.6级地震在极震区出现了黄土场地放大效应,为了从理论上解释黄土场地放大效应的原理,本文利用地脉动测试了极震区2个典型的黄土场地进行研究。结果发现:在黄土覆盖地区场地卓越频率特征显著,即在同一区域内山顶卓越频率较低,集中在1～2Hz,山沟卓越频率较高,集中在3～6Hz;同时,黄土场地随着高程的增加表现为厚黄土分布特征,其场地卓越频率在1.3～1.8Hz,与地震观测波的卓越频率1.0Hz接近,呈现出较明显的场地放大效应。结果与实际受灾情况相符。

关键词：岷县漳县6 6级地震地脉动测试黄土场地卓越特征放大效应