刘干斌[1]2004年在《软土隧道固结性状及相互作用理论研究》文中研究说明由于软土的固结、流变以及隧道衬砌的半透水性，软土隧道的内力与变形将随时间长期变化和发展。但目前相关的理论研究还滞后于工程实践。本文从Biot固结理论出发，对软土隧道的固结性状和相互作用以及在外荷载作用下的动力响应问题展开较系统、深入的研究，以揭示和掌握衬砌和土体的相对渗透性对软土的固结、流变以及对隧道内力和变形的影响规律，为软土中隧道的设计计算和工程实践提供技术支撑。主要工作如下： 1．考虑隧道衬砌和周围土体的相对渗透性，假定隧道处于半封闭状态(即边界半透水)且为薄壁柔性，研究了粘弹性饱和土体中深埋圆形隧道的圆结问题。将隧道边界上的应力和孔隙水压力条件分解，形成叁类简单的计算模型，在Laplace变换域中分别得到相应模型条件下的解答，并利用线性迭加原理得到了该固结问题的解。现有不考虑土体固结和流变、且简单假定隧道边界透水或不透水情况下的解均为此解的特例。同时，利用Laplace逆变换得到了时间域中的数值结果，分析了土体的阻尼、反映隧道半封闭特性的渗透性参数及侧压力系数对软土隧道固结性状的影响。 2．考虑衬砌材料和土体的流变性以及衬砌的刚度，利用薄壁圆柱壳理论，研究了粘弹性饱和土体中半封闭圆形隧道衬砌—土相互作用问题。在Laplace变换域中得到了考虑固结和流变耦合作用下的解答。当不考虑衬砌材料的刚度时，此解可退化到衬砌为柔性条件下的解。利用Laplace数值逆变换得到了时间域中的结果，并由此讨论了衬砌和土体的阻尼比和相对刚度、衬砌的相对厚度、渗透性参数和侧压力系数对隧道衬砌—土相互作用的影响。通过将按本文和现有方法分别计算得到的弯矩进行比较表明：反映衬砌和土体刚度的系数α_0对弯矩有较大影响；相对刚度越大，弯矩也越大；在1～100范围内，刚度系数任何小的变化都会引起弯矩的明显变化。 3．对隧道边界上受轴对称荷载和流体压力作用情况下半封闭压力隧道周围软土的固结及衬砌—土相互作用问题进行了研究，分别得到隧道周围设置集中排水、不透水层等复杂情况下的解答，并分析了衬砌渗透性参数等对固结性状的影响。提出采用反映衬砌材料孔隙率的应力系数Γ来确定隧道边界上衬砌和孔隙水分别承担的内水压力值，从而可避免当前压力隧道计算中将隧道边界上的内水压力视为轴对称荷载或流体压力这两种简单假设，使压力隧道的计算更接近于工程实际。 4．首次将衬砌的半封闭特性引入于隧道的动力响应问题，基于Carcione建立的反映土体松驰和流变的粘弹性本构模型，在频域内得到了考虑衬砌刚度、隧道边界上受轴对称荷载及流体压力作用下半封闭圆形隧道衬砌一土的动力固结和相互作用解答。分析了衬砌和土体的材料及几何参数等对固结的影响，结果表明:反映土体粘弹性性质的最小质量因子和土体的粘滞阻尼具有相同的力学意义，从而很好地验证了Car。ione粘弹性本构模型的合理性。 5.在时间域内，研究了粘弹性饱和土体中隧道边界上受任意荷载作用的衬砌一土动力固结和相互作用问题，通过引入势函数和Helmholtz分解原理，并利用应力系数r得到了不同响应模式下该问题的解答。现有无衬砌条件下隧道的动力响应解仅为本文解的一个特例。在考虑和不考虑隧道衬砌和土体的相对刚度条件下，分析了第一类响应模式下衬砌和土体的材料和几何参数等对位移、孔隙水压力和应力响应的影响，并通过对多种响应模式下计算结果的对比表明:不同响应模式下的隧道动力响应有很大差异。关键词:软土;隧道;衬砌;半封闭;粘弹性;固结;相互作用;动力响应;应力系数; 频域;时域
孙碧虹[2]2016年在《循环荷载作用下水下软土中隧道长期沉降变形研究》文中提出目前我国轨道交通发展迅速,穿越江河湖海的水下隧道成为连接两岸的首选交通方式。然而,由于水下软土隧道长期受到高水压、波浪荷载以及列车循环荷载的作用,隧道周围土体的固结沉降性状呈现出与一般地下隧道不同的特性。目前,已有学者通过大型有限元软件对水下软土隧道的工作状态进行模拟,并得到了其沉降变形预测值,但是水下软土隧道长期沉降变形的性状仍有待进一步分析。本文基于Terzaghi-Rendulic二维固结理论进行分析,通过保角变换求解得到了隧道衬砌局部渗漏时底部沉降的解析解,对波浪荷载作用下水下隧道周围土体的长期沉降性状进行理论研究,并系统地分析了水下隧道在波浪荷载和列车荷载共同作用下的沉降变形特性,主要工作内容如下：(1)将半无限平面内的二维固结问题根据通过保角变换映射到保角变换环域内进行求解,其中,水动力荷载等于作用在河床表面的孔隙水压力,土体中超孔压累积值基于Gibbs自由能和应力内时理论给出的循环荷载作用下计算模型得出。本文推导计算了波浪荷载作用下水下隧道底部土体沉降变形的解析解,并对隧道周围土体在水动力作用下的沉降特性进行分析。(2)在考虑衬砌局部渗透和隧道周围波浪荷载累积孔压的基础上,计算得到局部渗漏边界下隧道周围土体的沉降变形,分析了水位变化作用下,不同相对渗透系数时软土隧道周围土体的沉降变形性状。(3)在考虑水位波动的长期影响的基础上,基于循环荷载下土体塑性变形计算公式,对列车荷载作用下隧道周围土体的塑性变形累积量进行计算,并将超孔隙水压力消散产生的固结沉降与动力荷载下产生的塑性形变迭加计算,求得隧道底部土体的沉降变形量。
魏纲[3]2005年在《顶管工程土与结构的性状及理论研究》文中进行了进一步梳理随着社会城市化进程的推进,地下空间的开发和利用越来越受到人们的重视。顶管法作为一种暗挖施工技术,可以在不开挖地表土的情况下将管道敷设完毕,具有无可比拟的优点,得到越来越广泛地应用。但是顶管法施工不可避免地会引起地面和地下土体的移动,在土中产生附加应力。当土体位移过大时,将对周围建(构)筑物和邻近地下管线构成危害。本文对顶管施工中管土相互作用、土体变形及工作井土体反力计算方法进行了研究。主要工作和研究成果如下: (1)假定开挖面失稳时滑动块的形状为一个梯形楔体,滑动块上部为一梯形棱柱。采用太沙基松动土压力理论,根据滑动块的整体受力平衡,推导出砂性土中考虑成层土的开挖面最小支护压力计算公式。算例分析表明,本文方法的计算结果小于楔形体模型的计算结果,更接近离心模型试验结果。 (2)对顶进过程中管道纵向与环向钢筋应力及管土接触压力进行了现场测试。测试结果表明,轴力和管土接触压力都随顶进距离增大而增大,顶进到一定距离后基本稳定。管道顶部和底部的内侧钢筋受拉,外侧钢筋受压;管道左右两侧的内侧钢筋受压,外侧钢筋受拉。环向钢筋受力很小,但变动较大。注浆对管顶接触压力影响较大,注浆后压力明显减小,对左右两侧接触压力影响较小。 (3)对长距离直线顶管施工中管土相互作用进行了分析,认为管道在承受对角荷载时产生转动力矩,当管道端部的最大土体反力超过土体承载力时土体产生破坏,造成管道失稳。分析了传统曲线顶管施工中管土之间的相互作用,采用考虑位移的土压力计算方法计算环向土压力,得出首节管道和后续管道的最大土体反力计算公式。提出了长距离直线和曲线顶管施工中防止管道失稳的控制措施。 (4)考虑土的内摩擦角φ对土体移动的影响,认为垂直土体变形区域边界线的水平倾角应等于45°+φ/2,而不是45°,提出了修正的Loganathan公式,首次提出了剪切扰动区范围的计算公式。考虑土体初始应力场,假定土体是均匀线弹性材料,通过向掘进机周围土体施加向外侧的椭圆形径向位移来模拟顶管挤土过程。在小应变情况下,推导了半无限空间中土体位移场的近似解析解。考虑空间效应,给出了修正的计算公式。本文方法也适用于盾构法施工。 (5)假定土体不排水,利用弹性力学的Mindlin解推导了正面附加推力、掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力引起的土体变形计算公式,结合土体损失引起的土体变形计算公式,得到顶管施工引起的总的土体变形计算公式,该方法适用于施工阶段。当不考虑后续管道摩擦力时,本文方法也适用于盾构法施工。 (6)对某欠固结土中水平平行顶管施工引起的地面变形规律进行分析,提出了地面横向和纵向扰动区范围及工后沉降的计算方法。考虑先建顶管的影响,提
童磊[4]2010年在《软土浅埋隧道变形、渗流及固结性状研究》文中研究说明在土体内部进行隧道施工,无论隧道埋深大小,其开挖会使开挖面周围土体因卸荷而发生变形,造成地表短期沉降；同时,对土体产生的扰动及新边界条件的形成导致应力场和渗流场重分布,土体重新固结及流变变形,引起整个地层的长期沉降。当沉降变形发展到一定程度,将影响地下管线等设施的正常使用,甚至危及地面建筑物的安全。因此,如何预测和控制隧道的地表沉降已成为工程界关心的重要问题。随着城市化进程的加快,地铁、市政管道等隧道工程的建设在我国蓬勃发展,而目前薄弱的理论研究还滞后于蓬勃发展的工程实践。本文从解析理论和数值分析两方面出发,结合已有的工程背景,对软土浅埋隧道工程中渗流、固结和沉降问题展开系统、深入的研究,以期为工程实践提供技术支撑。主要创新工作如下：1.通过将Sagaseta提出的通用地层变形方式,即考虑径向收缩、椭圆化变形和竖向位移独立影响下的隧道周边复杂位移边界条件引入Airy应力函数,推导了浅埋隧道周边土体变形计算公式,并提出适用于正常固结土的简化计算方法。在此基础上分析了隧道径向收缩、椭圆化变形和竖向位移对土体变形的影响及其规律,并通过与四个隧道工程实测数据的对比,对公式中各参数取值的合理性进行了探讨,同时给出了预估隧道沉降的推荐参数值。2.通过引入以隧道边界径向收缩、椭圆化变形和竖向位移表示的隧道周边复杂位移边界条件,并将该边界条件转化为映射后的复平面边界条件,利用复变函数解法,给出了盾构隧道任意衬砌变形复变函数的精确解答。进而通过数值分析,对所提出的复变函数求解方法进行验证,并结合本文已给出的应力函数解答,分析了两种不同解析理论及数值分析所得结果的差异。3.对考虑衬砌和土体渗透特性的半无限空间中隧洞周边渗流问题进行了研究。采用土体与衬砌分算,分别得到了两者渗流方程,在此基础上利用边界条件和流量连续条件,给出了半无限含水层中带衬砌隧洞渗流问题的复变函数解析解。进而通过数值分析对该复变函数解进行了验证,并分析了隧道径深比、土体与衬砌渗透系数相对值、内壁水压力等因素对渗流量和衬砌周边水头的影响及其规律。4.根据四元件流变模型和Terzaghi-Rendulic固结理论,建立了衬砌透水与封闭条件下的超静孔隙水压力的控制方程,并得到了处于饱和粘弹性土体中隧道的超静孔隙水压力解析解,由此可确定求解域中任意点任意时刻的超静孔隙水压力。5.以上海地铁二号线工程为研究背景,利用通用有限元程序Abaqus,考虑隧道施工和运营的多工况的特点,对盾构隧道的长期沉降进行了数值分析。程序中选用prony级数拟合的四元件粘弹性本构模型,考虑地基土的成层性,耦合了Biot固结理论进行计算,并与实测所得长期沉降进行了对比。
齐静静[5]2007年在《盾构隧道的环境效应及结构性能研究》文中进行了进一步梳理盾构隧道在施工过程中不可避免地对周围土体产生扰动,进而危及周围邻近建(构)筑物及其基础和地下管线等的安全和正常使用。另一方面,基坑开挖、地表加卸载及隧道近距离穿越等工程建设会引起邻近地铁隧道的附加变形,过大的纵向变形会使隧道环缝张开过大而漏水或管片纵向受拉破坏。因此,较准确地预测隧道盾构法施工所引起的环境效应,并对隧道纵向变形性态进行准确预测具有较大的工程实际意义。本文首先较详尽地叙述、分析了有关这两方面问题的研究现状,指出它们的优缺点,并在此基础上做了如下工作:(1)引入源汇法对盾构施工中土体削减引起的周围土体位移和附加应力进行研究。通过分析四种不同的土体位移模式对位移计算的影响,利用更加符合实际的椭圆形非等量径向土体位移模式,推导出半无限空间中叁维土体变形计算公式;在位移计算公式基础上利用弹性理论推导出土体削减引起的附加应力计算公式,并通过算例对其分布规律进行探讨。(2)对随机介质理论计算中参数的取值进行研究,提出适用于不同土层的参数计算公式;引入椭圆形非等量径向土体移动模型,对随机介质理论进行改进,改进后的公式可较准确地计算土体内部各点的叁维变形。(3)利用弹性力学Mindlin解对正面附加推力和盾壳与周围土体之间摩擦力引起的土体叁维变形和附加应力进行分析;假定土体不排水固结,基于盾构横截面位置的变化,提出盾构偏航引起的土体位移计算解析公式;把注浆过程看作土体削减作用的逆过程,推导出注浆引起的周围土体位移和附加应力计算公式,并结合工程实例,通过实测数据和有限元分析结果进行对比验证。(4)把盾构隧道等效为具有相同刚度和结构特性的均质连续梁,考虑环缝影响范围和横向刚度有效率的影响,推导出不同环缝影响范围下隧道的纵向等效弯曲刚度、纵向等效拉压刚度的计算公式,建立起改进的纵向等效连续化计算模型。(5)以盾构隧道所属的无限长梁,结合等效弯曲刚度的计算公式,考虑地基的剪切效应和隧道-土体之间的相互作用,推导出隧道纵向变形问题的连续弹性解的解析公式。(6)根据弹性力学Mindlin解推导出上部加(卸)载引起的隧道附加荷载计算公式,并对其分布规律和影响因素进行研究;利用Mindlin解推导出加(卸)载引起隧道轴线处土体的变形计算公式,在此基础上,结合连续弹性解,对隧道纵向变形进行求解。通过某工程实例,将本文方法的计算结果与Winkler弹性地基梁模型和有限元方法的结果进行对比验证。(7)应用源汇法基本原理,通过数值积分的方法得到了单桩压入时桩周土体的位移场和应力场计算公式;以挤土产生的位移场为基础,利用连续弹性解对静压桩施工引起的隧道纵向变形进行分析;通过算例对本文理论方法的计算结果和叁维有限元软件MIDAS/GTS的结果进行对比验证。(8)利用土体削减引起周围土体附加应力的源汇法计算公式,分别研究平行隧道和垂直交叉隧道施工引起的相邻隧道上附加荷载的分布规律及其影响因素;结合连续弹性解对隧道的纵向变形特性进行求解,通过算例对不同情况下,隧道纵向变形的分布规律及其影响因素进行分析。
伍毅敏[6]2008年在《软基隧道支护机理与病害防治技术研究》文中研究表明随着软弱破碎围岩隧道数量的增加,因隧道地基承载力不足而引起的工程灾害时有发生,有必要将软基隧道视为一类特殊隧道开展针对性研究。本文采用理论分析、数值模拟和现场测试等方法,对软基隧道拱脚地基荷载的计算方法、主要处治措施的作用机理与施工工艺、软基隧道病害防治方案等展开系统研究,建立了软基隧道处治的技术体系。主要研究内容及取得的成果如下:(1)从地基承载力验算的需求出发,根据软弱围岩中隧道初期支护结构的受力特点,探讨了软基隧道拱脚地基荷载的计算方法。对于浅埋软弱围岩隧道,采用荷载—结构法,将围岩对支护结构的摩阻力、锚杆对支护结构沉降的抵抗力进行适当简化,推导了无偏压和有偏压条件下浅埋隧道拱脚地基荷载的计算公式;对于深埋软弱围岩隧道,采用地层结构法,通过隧道施工的数值模拟直接评价拱脚地基承载力。通过实体工程的实际观测与理论计算结果对比,验证了计算方法的合理性。(2)根据锁脚钢管的设计施工特点和受力性状,研究了锁脚钢管的解析计算方法。将软弱围岩中的锁脚钢管视为文克尔弹性地基上的梁,建立了锁脚钢管的弹性地基梁解析模型,推导了相关公式,用Visual Basic语言编写了计算程序,绘出了锁脚钢管合理长度与钢管规格、地基弹性抗力系数的关系图。(3)采用有限元数值模拟方法,研究了锁脚钢管的承载特性和破坏模式,探讨了围岩强度和钢管几何参数对锁脚钢管承载力的影响规律。通过数值模拟对比分析得到了区别于工程经验的几点重要认识:对于不能穿透软基的锁脚钢管,其轴向承载力十分有限,合理下插角很小,一般小于5°;常用的42mm小导管直径过小,横向承载能力有限,不宜用作锁脚钢管;锁脚钢管存在一个决定于围岩强度和钢管规格的合理长度(一般为3～4m),超出合理长度后承载力不再增加;锁脚钢管应全长开孔注浆,重点加固初期支护结构附近的围岩。在此基础上,提出了锁脚钢管设计施工的方法和建议。(4)系统研究了提高隧道地基承载力和支护结构抗沉降能力的主要工程措施。在分析各种工程措施的作用机理、设计原理、施工工艺和适用条件的基础上,编制了软基隧道处治工程措施选择表。(5)结合酉水3号、4号和长干1号等软基隧道的处治,通过分析软基隧道的主要病害,提出了软基隧道处治的基本原则。针对正常施工和病害处治施工的不同要求,分别制定了软基隧道正常施工和病害处治施工的地质勘察、计算分析、措施选择和监测评估方案,建立了软基隧道处治的技术体系。
朱剑锋[7]2011年在《考虑扰动影响的土体性状研究》文中研究表明随着城市化进程的加快,隧道、桩基和基坑等工程的施工日益频繁,由此带来的环境问题越来越引起人们的重视。在工程施工过程中,不可避免地会对土体产生扰动,使得土体性状不断发生变化。而室内试验测定的物理力学参数只能反映土体在特定状态下的性状,无法描述其在工程施工全过程中的动态变化。于是,本文在前人研究基础上,探讨了扰动对土体性状的影响。主要工作和研究成果如下：(1)以中国ISO标准砂和福建中级砂为试验材料,分别进行了干砂叁轴压缩试验和饱和砂叁轴排水剪切试验。试验结果表明：随着密实度的增加,饱和砂和干砂的应力-应变曲线斜率逐渐增大；干砂主应力差的峰值以及饱和砂主应力比的峰值也均呈增大的趋势。在试验基础上,基于扰动状态概念理论,以相对密实度为扰动参量,建立了统一扰动函数。(2)基于统一扰动函数并结合干砂的叁轴压缩试验结果对Duncan-Chang模型中的参数K和(σ1-σ3)f进行修正,建立了考虑扰动影响的修正Duncan-Chang模型。在给定砂土材料参数d、g以及初始状态的Duncan-Chang模型参数的基础上,可通过本文修正模型预测任意扰动度下的砂土应力-应变关系。模型预测与试验结果对比表明：修正Duncan-Chang模型可以更好地反映扰动状态下砂土的应力-应变关系。(3)基于Lade-Duncan模型,以SMP准则构建势函数,建立了一种新的砂土弹塑性模型——SMP-Lade模型。试验资料表明：与Lade-Duncan模型相比,SMP-Lade模型的预测值更接近于试验结果。同时,新模型所需的10个参数可通过常规的叁轴试验测得,利于模型应用。(4)根据统一扰动函数并结合饱和砂的叁轴排水剪切试验结果对SMP-Lade模型参数K和(κf-ft)进行修正,建立了考虑扰动影响的SMP-Lade模型。算例分析表明：SMP-Lade模型无法对扰动状态下砂土性状进行准确预测,而只要给定材料参数χ、ψ以及初始状态下的SMP-Lade模型参数,采用考虑扰动影响的SMP-Lade模型可以预测任意扰动状态下的砂土强度和变形特性。因此,本文考虑扰动影响的SMP-Lade模型可在考虑施工扰动的弹塑性有限元分析中推广应用。(5)基于统一扰动函数,对已有的隧道周围土体变形计算公式进行了改进,建立了考虑扰动影响的土体变形弹性计算方法,并在ABAQUS平台上,开发了修正Duncan-Chang模型的相应UMAT子程序。该模型的数值预测结果与常规叁轴试验结果具有较好的一致性。最后,将修正Duncan-Chang模型引入盾构施工的有限元分析中,并与考虑扰动影响的土体变形弹性计算结果进行了对比,结果表明：模拟结果与弹性预测值比较一致。因此,采用本文开发的修正Duncan-Chang模型对实际工程问题进行有限元模拟是可行的。(6)根据扰动状态概念理论,通过引入刚性挡土墙位移与墙后填土相对密实度之间的比例系数,将本文提出的统一扰动函数应用到土压力计算领域,以平动模式下刚性挡土墙位移作为扰动参量,建立了能反映墙后土体从静止状态到极限平衡状态(包括被动和主动极限状态)变化全过程的位移扰动函数(Ds)。并将其应用到墙后填土为无粘性土的刚性挡土墙土压力计算中,建立了能求解任意扰动状态下土压力的修正朗肯计算方法。最后,本文提出了扰动摩擦角概念及其计算公式,参照库伦土压力理论,分析了任意扰动状态下土楔的最不利受力情况,建立了求解任意扰动状态下土压力的修正库伦计算方法。通过比较,本文提出的两种土压力计算方法所预测的土压力分布以及土压力系数与模型试验实测结果及有限元模拟结果均吻合良好。
曹奕[8]2014年在《软土中盾构隧道的长期非线性固结变形研究》文中指出目前对软土盾构隧道的研究主要集中于开挖造成的短期地表及隧道沉降、施工扰动,及盾构开挖对隧道支护内力的影响。然而对已建成地铁盾构隧道的现场监测表明：软土地铁盾构隧道的长期沉降量很大,达到沉降稳定状态所需的时间亦十分漫长,且沉降在隧道纵向呈现出很大的不均匀性。地铁隧道长期沉降的影响因素十分复杂,其中初始超孔隙水压力分布、隧道衬砌和周边土体的相对渗透性等对地铁长期沉降造成的影响尤为显着。对于埋置于深厚软土地区的地铁隧道而言,列车荷载的长期作用会引起隧道周边饱和软土应力、应变和孔隙水压力变化,导致土的刚度降低、强度衰减、变形加剧。本文采用解析方法,结合已有工程实测数据,对渗漏隧道周边土体长期非线性固结过程中稳定渗流状态、超孔隙水压力消散、地表沉降等问题展开研究,主要创新工作如下：1.采用经典的e-lgσ'和e-lg k经验公式模拟土体非线性固结过程中体积压缩性和渗透性的变化,根据土体自由应变和连续性条件得到了土体非线性固结控制方程。2.将隧道衬砌透水条件理想化为完全透水及完全不透水极端边界条件,从而得到了隧道作为一个排水边界时,对土体非线性固结过程中超孔压消散、固结度增长、地面沉降发展影响的上下限。并进一步采用Li(1999)提出的半渗透边界条件将存在局部渗漏通道的隧道衬砌等效为均质透水体,建立局部渗漏边界条件,求解隧道周边土体的非线性固结本构方程,得出了不同程度的衬砌局部渗漏条件下的隧道周边软土非线性固结解析解。进而对衬砌不同程度渗漏对隧道周边土体长期固结、超孔隙水压力压力消散、长期沉降的影响进行了分析。3.通过将列车荷载等效为矩形循环荷载,求得了列车荷载作用下理想化渗漏隧道周边土体非线性固结解析解。通过等效矩形循环荷载参数的调整,分析了列车荷载对土体固结、地表沉降的影响规律,以及列车荷载与衬砌渗漏情况的耦合作用。4.采用Merchant叁元件模型模拟土体长期变形的粘弹性,建立隧道周边土体粘弹性流变固结控制方程,并引入e-lg k关系考虑土体渗透性在固结过程中的非线性变化,并采用迭代递推的办法获得了列车荷载作用下局部渗漏隧道周边土体的长期沉降解析解。5.以上海地铁1号线和2号线为工程背景,通过本文得到的解析解预测值和上海地铁叁个测点实测沉降数据的对比验证了本文非线性固结解析解以及粘弹性流变固结解析解的合理性。
韩超[9]2011年在《强震作用下圆形隧道响应及设计方法研究》文中进行了进一步梳理城市化促进了城市地下交通的快速发展,我国大中城市相继开展了大规模地铁建设,其中部分城市位于地震高发地带。近年来强震频发,地铁隧道等地下结构抗震成为城市防灾减灾研究的重要课题。本文在总结国内外有关圆形隧道地震响应研究的基础上,采用理论分析、数值模拟和模型试验等方法,对强震作用下圆形隧道渐进破坏机理和抗震设计方法进行了研究,取得了如下研究成果：(1)通过土与结构接触面剪切试验揭示了土与结构接触面的剪切变形特征及破坏形式,基于界面力学提出了反映接触面变形性态的土结相对位移描述方法,明确了土结接触面相对位移的内涵,并建立了相应的能考虑应变软化特性及接触面法向脱离、切向滑移破坏的粘聚区域本构模型,基于强化有限单元法构造了无厚度接触面单元,揭示了直剪试验过程中接触面渐进破坏机制,指出直剪试验得到的平均剪应力-剪切位移曲线不能真实反映土结接触面应力和变形特征。(2)基于实体弹性理论,采用复变函数级数解法,获得了地震剪应力作用下,土结接触面“完全粘结”和“光滑接触”时深埋圆形隧道的拟静力解析解及考虑接触面渐进破坏过程的半解析解。分析表明,在强地震剪应力作用下,土与结构接触面在正负45度位置最先发生剪切破坏。随着地震剪应力的增加,剪切破坏区域逐渐向两侧扩展。受接触面渐进剪切破坏影响,强地震作用下结构轴力远小于“完全粘结”,但高于“光滑接触”条件轴力,而弯矩值则几乎与“光滑接触”的结果重合。(3)饱和砂土自由场地动响应分析表明,地震剪应力折减系数沿深度的分布不仅与地震峰值加速度有关,还与地震波形、振动历史和场地土体性质有关。当峰值加速度较小时,Seed等提出的rd经验公式能反映折减系数沿深度的变化规律,但由于不同时刻土骨架软化程度不同,rd计算值间的差异可达10%；当峰值加速度较大、砂土液化时,rd随深度变化受液化区域影响显着,经验方法不能反映这一特性。(4)单相和饱和砂土场地中圆形隧道地震动力响应分析表明,结构内力和变形与地震动时程相关,单纯以加速度峰值作为抗震设计指标难以合理反映结构响应；常见地铁隧道对周围土体的影响范围约为一倍管径,结构变形主要受场地变形控制；对于高烈度地震,场地塑性变形使得基于自由场位移的隧道设计方法过于保守。基于此,提出了适用于高烈度地震的、基于修正自由场位移的圆形隧道拟静力设计方法。(5)在系统评价浙江大学新建土工离心机ZJU400及振动台性能基础上,开展了不同激励荷载作用下饱和砂土自由场地和含隧道场地的离心机振动台模型试验。通过对不同场地中孔隙水压力和加速度及结构应变的监测,获得了不同波形、不同烈度地震动作用下自由场应力折减系数沿深度的分布规律；研究了圆形隧道对周围场地动力响应的影响规律、隧道本身的变形性态,验证了基于修正自由场位移设计方法的合理性。
王志达[10]2009年在《城市人行地道浅埋暗挖施工技术及其环境效应研究》文中研究表明修建人行地下通道是缓解城市交通拥挤、保障行人交通安全、提高城市运行效率的一项有效措施。人行地道施工不可避免对周边环境造成不利的影响,严重者可能影响地面建构筑物和地下管线的正常使用。因此,选择合适的施工方法减小其环境效应具有非常重要的工程意义。本文在前人研究成果的基础上结合实际情况对城市人行地下通道施工技术及其环境效应进行了较系统的研究,主要工作和研究成果如下:1.基于Pasternak双参数模型建立了接近工程实际的管棚工作机理力学模型和微分控制方程并求解。2.基于普氏平衡拱理论和Terzaghi松散介质理论提出均质土层中城市人行地道采用全断面开挖时开挖进尺的计算方法,将该法推广应用到常用开挖方法(台阶法、CRD法)和成层土中,通过工程实例验证表明这两种计算方法可以应用到设计施工中。3.对砂质粉土和淤泥软土中人行地下通道埋深4m时的施工技术进行了详细的数值模拟和分析,对埋深变化时(埋深2～7m)砂质粉土中开挖参数(开挖进尺和分部开挖长度)进行数值模拟分析。在保证结构和周边环境安全的前提下,对砂质粉土和淤泥软土中修建人行地下通道施工工艺(包括开挖方法、开挖进尺、分部开挖长度、格栅钢架间距、支护滞后长度等)给出合理的建议。4.对均质土中单井和多井降水引起的孔隙压力和地表沉降变化应用数值模拟进行详细研究,在研究结果基础上建立了砂质粉土中人行地道的降水模型,研究不同降水方法引起的孔隙压力及地表沉降变化,指出边开挖边降水是适合人行地道的降水方法。5.对不同土层、不同施工工艺、不同埋深等因素对地表沉降的影响进行了数值模拟和分析,在研究结果基础上总结了人行地道开挖引起地表沉降的影响因素和控制措施。6.对不同条件下(不同材质、不同埋深、不同间距)人行地道施工对地下管线的影响进行数值模拟和分析。7.通过对一个实际工程的数值模拟结果与实测值的对比,验证了本文提出的施工工艺可以应用到实际工程中。
参考文献：
[1]. 软土隧道固结性状及相互作用理论研究[D]. 刘干斌. 浙江大学. 2004
[2]. 循环荷载作用下水下软土中隧道长期沉降变形研究[D]. 孙碧虹. 浙江大学. 2016
[3]. 顶管工程土与结构的性状及理论研究[D]. 魏纲. 浙江大学. 2005
[4]. 软土浅埋隧道变形、渗流及固结性状研究[D]. 童磊. 浙江大学. 2010
[5]. 盾构隧道的环境效应及结构性能研究[D]. 齐静静. 浙江大学. 2007
[6]. 软基隧道支护机理与病害防治技术研究[D]. 伍毅敏. 长安大学. 2008
[7]. 考虑扰动影响的土体性状研究[D]. 朱剑锋. 浙江大学. 2011
[8]. 软土中盾构隧道的长期非线性固结变形研究[D]. 曹奕. 浙江大学. 2014
[9]. 强震作用下圆形隧道响应及设计方法研究[D]. 韩超. 浙江大学. 2011
[10]. 城市人行地道浅埋暗挖施工技术及其环境效应研究[D]. 王志达. 浙江大学. 2009