不同浸水方式对黄土地铁隧道变形影响研究

摘要

随着城市地铁的快速发展，在黄土地区修建地铁将会面临一系列尚待解决的黄土湿陷等问题，例如黄土地层浸水均匀湿陷或不均匀湿陷、地表积水入渗与地下水位抬升两种浸水方式浸水后围岩工程的性质劣化等等，以上问题不仅关系到在地铁工程施工期的顺利贯通，而且也危及到地铁工程运营期的安全运营。因此，针对以上湿陷性黄土工程的问题，依据工程实体，寻求切实可行的处治办法非常必要。本文开展的主要研究工作如下:
　　本文以兰州轨道交通4号线大厚度黄土地铁隧道为工程背景，利用MIDAS-GTS-NX软件，采用密模修正法，考虑地表积水入渗、地下水位抬升两种浸水方式建立有限元数值模拟，研究不同浸水方式对黄土地铁隧道围岩变形与结构受力特征的影响。结果表明:不同工况在两种浸水方式下地表沉降均发生突变，不均匀湿陷有时还会造成二次湿陷，无论均匀湿陷还是不均匀湿陷，隧道围岩内部位移受地下水位抬升影响较大。
　　由于自下而上浸水方式对湿陷性黄土地铁隧道影响较大，以黄土地铁隧道为研究对象，通过室内模型试验等效模拟黄土浸水后的湿陷量，研究黄土地层在均匀湿陷与不均匀湿陷情况下，地表沉降、隧周土压力、隧周应力应变对黄土地铁工程的影响。试验结果表明:均匀湿陷时，通过等效换算，得出当处于湿陷轻微阶段时，各表累计沉降量大小变化基本一致;当处于湿陷中等阶段时，各表累计沉降量大小变化不一致;当处于湿陷强烈阶段时，各表累计沉降量急剧变化，差异性逐渐变大。不均匀湿陷时，随着左边出水速率逐渐增大，逐渐接近右边出水速率，不均匀湿陷累计沉降量则由“斜线性”向“抛物线”逐渐过渡，累计沉降量大小也逐渐增大。各工况不同监测点不均匀湿陷最终累计沉降量均大于均匀湿陷最终累计沉降量，不均匀湿陷对地铁结构物的危害较大。
　　从地铁工程浸水风险进行评估，针对地铁工程各分部分项工程进行浸水风险可能性探究，结合地铁工程黄土地区常用地基处理方法，提出地铁工程穿越湿陷性黄土地区地基处理原则及处理方法。
　　本文通过数值模拟、室内模型试验，分析了均匀与不均匀湿陷对黄土地铁隧道变形影响，研究成果可以为黄土地区地铁隧道的修建提供参考依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的研究内容与方法

1．3．1 本文的主要研究内容

1．3．2 本文的研究技术路线

2 数值模拟过程及结果分析

2．1 工程概况

2．2 数值模拟过程

2．2．1 模型参数

2．2．2 模型建立

2．2．3 模拟过程

2．3 均匀湿陷结果分析

2．3．1 围岩位移分析

2．3．2 二衬应力分析

2．4 不均匀湿陷结果分析

2．4．1 围岩位移分析

2．4．2 二衬应力分析

2．5 计算结果对比分析

2．5．1 地表位移分析

2．5．2 围岩内部位移沉降分析

2．5．3 二衬结构应力分析

2．6 本章小结

3 室内模型试验设计

3．1 模型试验前期准备

3．1．1 模型结构及尺寸

3．1．2 模型箱制作

3．1．3 材料选取

3．1．4 模型箱填筑及压实

3．2 注水及出水系统

3．2．1 水囊注水

3．2．2 模型箱测速率装置

3．3 监测系统

3．3．1 监测点布置

3．3．2 应变花粘贴

3．3．3 压力盒安装

3．3．4 测量装置

3．3．5 自动采集装置

3．4 试验方法探究

3．4．1 等效湿陷方法

3．4．2 等效加载系统

3．5 本章小结

4 室内模型试验结果分析

4．1 均匀湿陷试验结果分析

4．1．1 地表沉降及隧道整体位移分析

4．1．2 隧周应力应变分析

4．1．3 隧周土压力分析

4．2 不均匀湿陷试验结果分析

4．2．1 地表沉降位移分析

4．2．2 隧周应力分析

4．2．3 隧周土压力分析

4．3 均匀湿陷与不均匀湿陷对比分析

4．3．1 各级出水情况分析

4．3．2 各监测点累计沉降量

4．4 数值模拟与室内模型试验对比分析

4．4．1 均匀湿陷结果对比分析

4．4．2 不均匀湿陷结果对比分析

4．5 本章小结

5 地铁工程浸水风险评估及处理方法

5．1 地铁工程各分部分项工程浸水风险可能性探究

5．1．1 明挖车站主体浸水风险评估

5．1．2 暗挖／盾构区间隧道浸水风险评估

5．1．3 车站附属结构浸水风险评估

5．2 地铁工程穿越湿陷性黄土层的处理方法

5．2．1 地铁工程穿越湿陷性黄土地区地基处理原则

5．2．2 黄土地区地铁工程常用地基处理方法

5．2．3 黄土地区地铁工程常见风险

5．2．4 地铁工程湿陷性黄土处理等级

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果