高速铁路沿线地面沉降研究与防治

本书为“高速铁路基础研究与技术创新丛书”之分册。地面沉降是一种缓变型地质灾害，是国土资源、水利、市政、交通等多个部门共同关注的灾害防治难题。本书基于作者及其课题组10多年的研究成果和实践，对高速铁路沿线地面沉降进行了系统论述。本书采用离心模型试验方法，揭示了抽水引发的地面沉降机理和主控因素；采用数值分析方法，分析了地面沉降对高速铁路桥梁、路基及轨道平顺性的影响；基于反分析及水土耦合作用理论，实现了对沿线地面沉降更准确的预测；结合高速铁路沿线典型沉降段，模拟控制地下水开采量、回灌地下水等防控措施，提出了高速铁路线路线形等优化设计措施及桥梁、路基抬升等修复措施。
本书适合铁路、公路等领域勘察、设计、研究人员，以及工程技术人员参考，也可供高校相关专业师生参考。

第1章 中国地面沉降现状及影响
1.1 中国地面沉降历史及现状
1.1.1 华北平原地面沉降区
1.1.2 山东北部平原地面沉降
1.1.3 长江三角洲地面沉降区
1.1.4 汾渭盆地地面沉降区
1.1.5 中国各沉降区特征对比
1.2 地面沉降危害和影响
1.3 地面沉降对高速铁路工程的影响
第2章 地面沉降机理与模型试验
2.1 地下水开采引发地面沉降的力学原理和微观机制
2.1.1 地下水开采引发地面沉降的基本原理
2.1.2 饱水砂层释水压密引发地面沉降
2.1.3 黏性土层固结变形引发地面沉降
2.2 水井抽水引起地基沉降变形
2.2.1 离心模型试验
2.2.2 二维地基排水试验
2.3 基底构造及地层结构变化引发不均匀地面沉降
2.3.1 基底构造和地层结构变化引发不均匀沉降机制
2.3.2 地层结构变化引发不均匀沉降模型试验
第3章 基于耦合模型和反分析的地面沉降预测计算
3.1 耦合固结理论框架
3.1.1 应力平衡方程
3.1.2 有效应力原理
3.1.3 应变与位移间的几何关系
3.1.4 应力应变关系
3.1.5 渗流平衡方程
3.2 地面沉降预测模型及求解
3.2.1 预测模型控制方程
3.2.2 控制方程求解
3.3 均匀成层地基条件下地面沉降预测
3.3.1 无抽水源作用下成层地基固结
3.3.2 有抽水源作用下成层地基固结
3.4 复杂非均匀地层条件下地面沉降预测模型
3.4.1 基于钻孔数据的三维地层模型构建
3.4.2 一维成层地基固结求解
3.5 地面沉降预测模型参数反分析
3.5.1 反分析计算方法
3.5.2 固结参数反分析算例
第4章 地面沉降对高速铁路工程影响评估
4.1 区域地面沉降对高速铁路工程影响评估
4.1.1 高速铁路沉降控制及评估标准
4.1.2 区域地面沉降对高速铁路工程的影响分析
4.1.3 区域地面沉降对高速铁路路基的影响分析
4.2 集中抽水引起不均匀地面沉降影响评估
4.2.1 集中抽水对桥梁结构影响的离心模型试验
4.2.2 水井集中抽水对高速铁路影响数值模拟
4.2.3 抽水引起地面沉降对路基工程的影响
4.3 地层结构变化引起地面不均沉降影响分析
4.3.1 试验模型和材料
4.3.2 桥梁结构应变变形规律分析
4.4 地面沉降对无砟轨道结构及扣件影响分析
4.4.1 分析计算模型
4.4.2 工点计算分析
第5章 地面沉降对高速铁路轨道平顺性影响评估
5.1 无砟轨道地段对工后沉降的要求
5.1.1 国内对铺设无砟轨道地段的工后沉降及结构变形要求
5.1.2 国外对铺设无砟轨道地段工后沉降的规定
5.1.3 对于区域性沉降区段铺设无砟轨道的分析
5.2 高速铁路列车-线路动力相互作用动力学模型分析
5.2.1 建模的原则
5.2.2 四轴机车车辆模型
5.2.3 线下结构模型
5.2.4 系统激励模型
5.3 高速铁路列车-线路动力相互作用仿真计算程序
5.4 某高速铁路沉降对列车-线路动力相互作用的影响
5.4.1 计算条件
5.4.2 不均匀沉降作用下列车-线路系统动力响应特征
5.4.3 不均匀沉降作用下列车-线路系统动力响应规律
第6章 地面沉降区高速铁路选线与优化设计
6.1 沉降区高速铁路选线与方案优化
6.1.1 地面沉降区铁路选线原则及方法
6.1.2 线路绕避地下水集中开采区的安全距离估算
6.1.3 基于地面沉降数值计算进行铁路选线
6.1.4 基于地面沉降监测的铁路选线方法
6.2 地面沉降区线路纵断面设计措施
6.2.1 线路坡度
6.2.2 坡段与坡段连接
6.2.3 施工期间地面沉降区段线路断面坡度拟合调整
6.3 地面沉降区桥梁设计措施
6.3.1 地面沉降区桥梁优化设计
6.3.2 地面沉降区桥梁可调高支座布设
6.4 地面沉降区路基设计措施
6.4.1 路基本体设计优化措施
6.4.2 地基加固设计措施
6.4.3 路桥过渡段设计
6.5 地面沉降区隧道设计措施
6.5.1 隧道选址
6.5.2 隧道结构设计措施
6.5.3 其他措施
6.6 轨道板及扣件系统选型
6.6.1 轨道结构特点及其对地面沉降的适应性
6.6.2 地面沉降区轨道结构选型
6.6.3 扣件系统
第7章 高速铁路沿线地面沉降综合防控
7.1 高速铁路沿线地面沉降综合防控原则、对策


7.1.1 综合防控原则

……