本文是一篇工程管理论文，笔者在收集大量地裂缝资料，总结了地裂缝发育特征，通过资料收集以及土工试验，确定了数值模拟所用材料的细观参数和宏观参数，针对地裂缝区铁路线路路基的地质灾害，利用 Flac3D 数值模拟软件，开展了地裂缝活动下不同填筑材料基床变形的模拟计算。
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
自古以来，交通运输在人类发展史上占有极其重要的地位，极大影响人们的生活方式。18 世纪发明了蒸汽机，并将蒸汽机运用到铁路，极大推动了运输业的发展。进入现代社会以来，交通运输已经成为发展国民经济的基础战略产业，世界各国已经具有十分完备的交通系统，现代化的交通运输主要包括铁路、水路、公路、航空、管道等五种方式，相较其他运输方式，铁路运输具有很多较为明显的特点：客货量负担大，与水运和一般的公路运输相比，铁路运输速度快，是现代交通运输系统不可或缺的一种方式[1]，同时铁路运输对线路的平顺性以及稳定性有很高的要求，因此复杂的地质问题时刻威胁着铁路线路的安全性[2]。
1.1.1 问题的提出
地裂缝是一种世界性的广泛出现的地质现象，据调查仅在我国陕西省西安地区，由于地裂缝危害造成人民经济财产的损失已超过五十亿[3]。我国东部地区处在太平洋板块与亚欧板块交界范围内，属于环太平洋的地震带范围，因此，断裂分布较为广泛，从而导致断裂伴生的地裂缝广泛分布于我国大部分地区。由于地裂缝区特殊的工程地质条件，因此铁路工程修建时，一般选择避开地裂缝区域，但是铁路线路作为线性工程，纵深较大，因此很难完全避开地裂缝活动带，且随着人类社会经济的发展以及人类活动产生的影响，导致越来越多的铁路工程需要穿过复杂的地裂缝区域。铁路线路跨越地裂缝，将会遇到地裂缝活动带来的一系列工程问题，造成铁路路基失稳和运输不畅，甚至可能引发严重的交通事故。因此，在地裂缝区保证铁路线路的稳定性尤为重要[4]。
本文从现有的对地裂缝的认识出发，认为地裂缝对铁路线路路基基础工程的影响主要为地裂缝活动导致路基沉降量过大以及不均匀沉降。因此本文着手研究不同的铁路路基及基床填筑材料对减缓地裂缝活动对路基产生沉降的影响。
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1.2 地裂缝及其工程效应研究现状
1.2.1 地裂缝研究现状
(1) 国外地裂缝研究现状
国外对地裂缝的研究最早开始于美国，距今近 90 年[5]，随后有泰国、利比亚、土耳其也相继开始对地裂缝研究并获一定成果，但其他国家的研究程度不及美国。对地裂缝的研究也不断的发展，多以研究地裂缝的形成原因为主：
1929 年美国学者 Leonard[6]最早的提出了构造成因的观点，并对亚利桑纳州 Picacho城附近的地裂缝和 EiTiro Mine 地面反常破裂为分析对象，他认为是地震和构造运动导致了地裂缝的形成，图森城是本次地震的震中位置，地震作用下地表岩层开裂并且使已经具有破裂面的岩层进一步开裂。
1951 年 Feth[7]最早提出地下水开采成因观点，通过对亚利桑纳州 Picacho 附近出现于 20 世纪 50 年代早期的地裂缝进行研究以及对地下水位的长期观测，提出由于该处含水层的不均匀沉降造成地裂缝的产生，这也是最早发现的由于地下水位的不均匀变化造成的地裂缝。
Neal 等[8]、Holzer 和 Davis[9]通过研究地下水位的变化对地裂缝发展的影响，总结出了因为水位的变化会引起上覆土层水平变化，应力大于自身极限状态，从而产生地裂缝。1979 年 Narasimhan[10]通过模型试验的观察研究证明并支持了这一观点。1977 年Bouwer[11]对地下水位和土层的变形进行了观察研究，发现在地下水位下降的过程中，地表的土层同时发生变形，同时下覆的土层产生固结变形，这是整个土体发生刚性翻转引起了边缘的较大变形，因此提出了刚性折裂的观点。
20 世纪 70 年代末，以 Holzer [12]为代表的一批学者通过对地裂缝的所处地质条件、构造运动的强度以及关于地面沉降的监测资料的分析，提出了地裂缝的位移错断是由于地下水的开采导致的，地裂缝的垂直位移是由于土层的不均匀沉降引起的。
Carpenter[13]通过对从 1980-1984 年 Picacho 附近地裂缝的活动强度与地下水位变化引起的地面沉降关系的分析，对地裂缝延伸的垂直方向进行水平及垂直位移的监测，以1985 年 Okada 提出的三维位错理论作为理论依据，对地裂缝的位错变形建立模型，通过对模型的分析表明地裂缝沿着距离陆表约 300 m 深度的位错发生了滑移，地裂缝的水平拉伸和垂直位移变形受到了直接的影响，进而证实了地裂缝构造成因的观点。
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第二章 地裂缝的发育特征
2.1 地裂缝的剖面结构特征
地裂缝的剖面结构特征是地裂缝发生发展以及反复变形破裂的结果，可以通过探槽来描述地裂缝的具体剖面特征。彭建兵等(1992)[47]以阶梯状、追踪式以及“Y”型三种组合方式来划分西安市地裂缝的剖面结果组合。王景明等(2000)[48]通过对多条地裂缝进行研究以及对前人的研究成果进行分析将多条地裂缝的剖面形态组合划分为 6 中：Y 型、阶梯状、雁列式、细毛状、串珠状以及主次裂缝组合。
2.1.1 追踪式地裂缝
1. 单一追踪式
以兴平市北吴砖厂地裂缝为例，位于咸阳兴平市的北吴砖厂与西吴砖厂处发育有多条地裂缝，该处地裂缝的成因受渭河构造断裂影响由图 2 知，北吴砖厂处的地裂缝以追踪式向上发展，倾角 80°，将 S1 古土壤错断近 1.7 m，并且主断面附件有多条次级裂缝发育，被泥砂充填(图 2.2)，断层带以南可见发育有多条裂缝，地形由北向南逐渐变低，近东西走向。
图 2.1 砖厂地裂缝剖面图(西侧) 图 2.2 地裂缝泥沙填充带
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2.2 地裂缝的影响带宽度调查
2.2.1 规范规定的地裂缝影响带宽度
根据陕西省《西安地裂缝场地勘察与工程设计规范》(DBJ61-6-2006)可知当在建设场地或建设场地附近有地裂缝通过时，设计和施工过程中除了要进行岩土工程勘察同时还需要对场地进行专门的地裂缝勘察。
根据结构物的重要程度、规模以及建筑物破坏时造成人员财产的损失程度，将在地裂缝上以及附近修筑的建筑物一到四类四个重要性等级。
一类为特别重要的建筑物或者构筑物、高度在 100 m(包括 100m)以上的超高层建筑物；
二类为跨度打的公共性建筑物、高度在 28-100 m 建筑物、高度大于 30 m 的烟囱和水塔、发生灾害时容易引发次生灾害的建筑；
三类为除去一、二、四类的一般工民用房；
四类为临时性建筑物。
地裂缝场地附近建立的构筑物应根据其重要等级和地裂缝活动影响范围来选择合理的避让距离，地裂缝附近的建筑物需要的最小避让距离见表 2.1，有表 2.1 可知当地裂缝活动时对下盘造成的破坏范围小于对上盘造成的破坏范围。
表 2.1 地裂缝附近构筑物最小避让范围
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第三章 地裂缝灾害及跨地裂缝路基分类............................ 27
3.1 地裂缝地质问题...................................27
3.1.1 地裂缝工程灾害特点................................27
3.1.2 地裂缝灾害表现形式...........................27
第四章 地裂缝区铁路地基数值模拟.......................... 32
4.1 模型的建立.....................................32
4.1.1 Flac 软件分析的基本理论......................................32
4.1.2 材料本构关系选取.............................33
第五章 地裂缝区铁路路基变形灾害防治....................... 49
5.1 地裂缝作用下铁路路基灾害特征................................49
5.2 减缓地裂缝灾害的铁路路基处理措施............................52
第五章 地裂缝区铁路路基变形灾害防治
5.1 地裂缝作用下铁路路基灾害特征
从已有对地裂缝的认识出发，地裂缝对铁路路基造成灾害的形式主要可以分为两大方面：一方面是地裂缝活动产生震动效应将会导致路基倒塌，这种破坏形式多出现于高路基，表现为地基边坡失去稳定性，路基面开裂，路面变形导致铁路无法运行；另一方面主要表现在地裂缝向上扩展导致路面开裂破坏，引起路基面损坏，同时地裂缝运动降低路基面的抗剪强度，造成路基最后被剪断导致崩塌破坏，结合第四章数值模拟的结果分析路基变形破坏方式。
1.不同地基处理方式下路基变形破坏特征
通过对数值模拟位移云图的运动方向进行分析，分别研究碎石(工况 2)和改良土(工况 4)两种不同地基处理材料下，铁路工程基础的受力变形特征。
图 5.1 工况 3 地裂缝运动 10 cm 整体速度方向 图 5.2 工况 5 地裂缝运动 10 cm 整体速度方向
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第六章 结论与展望
在收集大量地裂缝资料，总结了地裂缝发育特征，通过资料收集以及土工试验，确定了数值模拟所用材料的细观参数和宏观参数，针对地裂缝区铁路线路路基的地质灾害，利用 Flac3D 数值模拟软件，开展了地裂缝活动下不同填筑材料基床变形的模拟计算，得到如下主要成果:
1.通过大量查阅文献以及地裂缝的
