海南环岛高速铁路骨架结构受力分析技术研究

骨架结构在正常使用状态下通常是稳定的，而在强降雨条件下，由于降雨对路基边坡强烈的冲刷作用可能导致骨架结构同边坡土体分离，最终引起骨架结构的破坏。下面以浆砌片石骨架结构为例，讨论骨架结构在正常使用及悬空情况下的受力情况，评估骨架结构的稳定性。

1.正常使用状态下骨架结构受力分析

计算中主骨架与支骨架横截面尺寸均取为 0.6 m×0.6 m，支骨架净距 3 m，假设骨架仅受自重应力的作用，密度为 2 500 kg/m3，骨架与边坡土体无相对移动。骨架三维模型如图6.1-1所示，骨架结构在自重作用下的应力分布见图6.1-2。

图6.1-1　骨架模型及网格划分

　图6.1-2　骨架的自重应力

从骨架结构的受力图可以看出，在自重应力的作用下，骨架结构应力较小，骨架结构是安全稳定的。

2.悬空状态下骨架结构受力分析

骨架被悬空多是由于挡水缘受到破坏，失去截水功能，使坡面径流对边坡土体产生强烈冲刷。由于坡面径流在流动过程中速度不断增大，冲蚀能力增强，所以对边坡底部的破坏要比边坡顶部严重，所以骨架结构易在边坡底部产生悬空。在数值分析中，计算了三种悬空情况（悬空面积分别为 1 m2、4 m2、9 m2）下骨架结构的应力。悬空及受力情况见图6.1-3至图6.1-5。(www.xing528.com)

图6.1-3　骨架悬空情况1架下的受力情况（单位：Pa）

图6.1-4　骨架悬空情况2架下的受力情况（单位：Pa）

图6.1-5　骨架悬空情况3架下的受力情况（单位：Pa）

由骨架结构的受力分析可知，当骨架结构为悬空情况 1 时，最大拉应力不到 0.1 MPa，骨架结构是比较稳定的；在骨架悬空情况 2 时，最大拉应力近 0.4 MPa，如果施工质量较差的话，骨架结构可能会破坏；在骨架悬空情况3时，最大拉应力将近1 MPa，此时骨架结构极易破坏。

由计算结果分析可知由降雨引起的坡面冲刷将引起骨架悬空，极大地危害骨架结构的稳定性，可能引起骨架结构的破坏，因此在坡面防护设计中，应尽量减小强降雨对坡面的冲刷作用、选择合理的加固形式，保证边坡的稳定。