【博士】地鐵振動對隧道周圍軟粘土微結(jié)構(gòu)影響及動力特性研究【2007】

內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：地質(zhì)工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)　　學(xué)位年度： 2007年　　近年來，各大城市為了疏散人流、解決交通擁擠而大力興建地鐵工程，由此而引發(fā)的工程環(huán)境問題也越發(fā)明顯，特別是軟土地區(qū)投入運(yùn)營的地鐵隧道軸線變形和地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題已經(jīng)引起政府部門和工程技術(shù)人員的高度關(guān)注。上海地鐵隧道及其周圍環(huán)境的監(jiān)測情況表明，上海投入運(yùn)營的幾條地鐵隧道全線發(fā)生軸線變形和地面沉降，在地鐵一號線某區(qū)段隧道軸線沉降量已超過25cm，造成地鐵隧道管片破裂、滲水、漏泥等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了地鐵的難常運(yùn)營。由于地鐵隧道軸線變形誘發(fā)的地面沉降，還引起地鐵線路周圍一些房屋的地基變形、上部結(jié)構(gòu)丌裂等環(huán)境地質(zhì)問題。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，針對當(dāng)前在地鐵行車振動荷載的作用下，隧道周田軟粕土層中軸線變形與地面沉降的問題，丌展了地鐵行車振動荷載對隧道周圍軟粘土的微結(jié)構(gòu)影響及動力特性研究。通過在地鐵隧道現(xiàn)場鉆孔測試、室內(nèi)多功能循環(huán)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)(GDS)、電子掃描電鏡(SEM)和壓汞試驗(yàn)等定性、定量的研究方法，對飽和軟粘土的動力特性及在振動前后其微觀結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行了定性與定量的研究，將微觀結(jié)構(gòu)變化與宏觀變形進(jìn)行了禍臺分析。并在現(xiàn)有的瞬態(tài)動力有限元分析方法的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，建立了模擬地鐵列車經(jīng)過時(shí)隧道周闈土體的動力響應(yīng)計(jì)算機(jī)三維有限元模型。最終得出一些有價(jià)值的結(jié)論和成果：　　1．地鐵列車駛過時(shí)引起的隧道周圍上體的響應(yīng)頻率有兩個(gè)?！　?．循環(huán)三軸試驗(yàn)表明，地鐵行車荷載下隧道周圍孑L隙水壓力增K趨勢可分為三個(gè)明顯的階段。并由此得出上海地區(qū)飽和軟粘土在地鐵行車荷載作用下的孔隙水壓力增長模型。　　3．在循環(huán)三軸試驗(yàn)中，軸向應(yīng)變在加載丌始后并沒有立即增加，而是發(fā)生明顯的回彈現(xiàn)象，其性狀與砂土的剪脹性十分相似，并且隧道側(cè)壁深度處的變形相對較小，而隧道底部的軸向應(yīng)變曲線的回彈階段非常短暫，而后立即進(jìn)入塑性變形階段，并產(chǎn)生較大的軸向變形?！　?．計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測資料較好吻合，保證了計(jì)算結(jié)果的可靠性?！　?．上海地區(qū)第④層淤泥質(zhì)軟粘土主要存在絮凝結(jié)構(gòu)、蜂窩一絮凝結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)單元多為薄片狀，容易形成淤泥質(zhì)土高孑L隙比的架空結(jié)構(gòu)?！　?．在振動過程中，土結(jié)構(gòu)單元有壓密趨勢，但會形成更多的架空結(jié)構(gòu)。在循環(huán)應(yīng)力比較高的情況下，隨著振次的持續(xù)增加，原先有壓密趨勢的各結(jié)構(gòu)單元中尚未牢固的單元將會出現(xiàn)滑移、錯(cuò)動現(xiàn)象?！　?．上海地區(qū)原狀飽和軟粘土的孔隙以大孔為主，且在進(jìn)汞過程中存在“瓶頸”效應(yīng)(ink．bottle effect)。　　8．利用分形理論對飽和軟粘土孑L隙分白進(jìn)行研究，根掘分形維數(shù)D，與循環(huán)應(yīng)力比CSR的關(guān)系曲線對其變化規(guī)律進(jìn)行了合理的闡釋。　　9．可以預(yù)見，在地鐵運(yùn)營相當(dāng)長的一段時(shí)問內(nèi)，隧道周圍和軌道底部地層都會存在結(jié)構(gòu)單元之間的壓密過程，而由于隧道底部承受來自地鐵的荷載較大，單元之問的錯(cuò)動將會是變形的主要因素，因此，在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，隧道周圍軟粘土的變形仍將繼續(xù)。　　10．微觀試驗(yàn)的結(jié)果表明，采用堆砌體模型解釋超低應(yīng)力條件下飽和軟粘土的變形機(jī)制并不恰當(dāng)?！　?1．關(guān)于進(jìn)一步工作的方向進(jìn)行了簡要的討論。　　

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