材料管理軟件

【博士】地裂縫對地鐵隧道的影響機制及病害控制研究【2009】

內容簡介

　　學科專業(yè)：地質工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：長安大學　　學位年度： 2009年　　自從二十世紀五十年代以來，由于自然和人為因素的影響，西安市區(qū)出現了大量地裂縫，危害十分嚴重，其未來活動對在建的西安地鐵構成重大安全隱患。因此，西安地鐵隧道穿越地裂縫的問題成為了一個全新的重大工程難題，近年來引起了學術界和工程界的高度關注。本文以西安市重大工程一西安地鐵隧道穿越地裂縫活動帶為工程研究背景和依托，對西安地鐵沿線地裂縫未來活動趨勢和最大垂直位錯量進行了分析與預測，采用大型模型試驗和有限元數值模擬計算相結合的方法，對地裂縫活動作用下不同襯砌結構類型的地鐵隧道結構變形破壞機制進行了系統研究，提出了地鐵隧道穿越地裂縫帶的病害控制措施。本文主要研究工作和成果如下：　　(1)從區(qū)域構造運動、再次超采地下水對地裂縫活動的影響程度入手，分析了西安地裂縫未來百年的活動趨勢。在現今活動速率和歷史最大位錯量及活動級別綜合分析的基礎上對地裂縫未來活動量進行了預測，得出了地鐵設計使用期(100年)內西安地鐵與地裂縫各交匯點附近地裂縫的最大垂直位錯量，為西安地鐵隧道穿越地裂縫帶的結構設防提供了重要參數?！　?2)通過大型模型試驗和有限元數值模擬，揭示了地裂縫作用下不同襯砌結構形式(包括明挖箱形襯砌、淺埋暗挖馬蹄形襯砌和盾構管片襯砌)的地鐵隧道與地裂縫帶正交和斜交條件下的變形破壞機制?！　?3)通過有限元數值模擬擬合得出了地鐵隧道縱向變形曲線方程，為地裂縫作用下隧道縱向結構性能的理論分析與計算奠定了基礎?！　?4)通過大型模型試驗，揭示了地裂縫作用下地鐵隧道圍巖壓力、位移以及地表沉降變形的變化規(guī)律，可為西安地鐵沿線城市規(guī)劃與建筑物設防提供參考。　　(5)針對西安地鐵大多數線路斜交穿越地裂縫帶的現狀，采用有限元數值模擬方法揭示了地鐵隧道與地裂縫斜交角度秒對地鐵隧道襯砌結構變形破壞的影響規(guī)律?！　?6)根據襯砌類型、地鐵隧道與地裂縫空間相交展布關系，在大型模型試驗和數值模擬的基礎上，首次提出了地裂縫作用下地鐵隧道變形破壞模式，其中整體式襯砌隧道變形破壞模式為拉張一擠壓破壞(正交)和拉張一扭剪破壞(斜交)，盾構隧道變形破壞模式為直接剪切破壞(正交)和扭轉一剪切破壞(斜交)?！　?7)基于大型模型試驗和有限元數值模擬方法，建立了地鐵隧道穿越地裂縫帶結構縱向設防長度的計算方法，合理確定了西安地鐵隧道正變與斜交穿越地裂縫帶的縱向設防長度。建立了基于三維空間的地裂縫活動環(huán)境下分段式隧道運動位移模式和計算公式，確定了地鐵隧道穿越地裂縫帶的抗裂設計預留位移量?！　?8)通過分段設縫的明挖箱形隧道和淺埋暗挖馬蹄形隧道分別正交和斜交穿越地裂縫帶穿的大型模型試驗，對分段設變形縫的地鐵隧道穿越地裂縫帶的適應性進行了研究，結果表明分段式柔性接頭隧道能承受較大的剪切變形，相鄰襯砌管段變形和次生應力均較小，同時多段設變形縫具有很好的消化地裂縫變形的效果，從而說明多段設變形縫加柔性接頭連接的地鐵隧道具有較強的適應地裂縫活動大變形的能力?！　?9)基于西安地鐵工程穿越地裂縫帶的特殊性和復雜性，在地裂縫活動可能引起的地鐵工程病害分析的基礎上，從結構、防水、地基基礎處理、軌道調整等方面，提出了地鐵隧道穿越地裂縫帶的病害控制措施，為西安地鐵隧道成功穿越地裂縫帶的結構設計提供重要參考和指導?！　?

專題推薦