隐伏地裂缝作用下的盾构隧道变形破坏机制及力学模型研究

摘要

随着西部大开发和西部经济的发展，2006年西安成为我国首次获批建设地铁的25个城市之一。西安地铁的修建是缓解城市交通压力，满足居民出行的需要；是带动西安经济实施可持续发展的需要。然而西安独特而复杂的地质灾害--地裂缝的存在对于正在大力兴修的地铁工程来讲是一个棘手的难题。西安自20世纪50年代发现第一条地裂缝至今，先后发现了14条地裂缝，有些地裂缝还在不断的活动中。西安地铁在建设过程中与这些地裂缝相互交错无法避免，而且地裂缝的活动势必会对洞室围岩的稳定性及隧道结构安全性产生破坏，从而成为地铁安全运行的隐患。所以研究地铁隧道穿越地裂缝时的结构安全问题成了西安地铁建设中的重要课题，必须而且要加倍重视地裂缝对地铁建设的影响，才能保证后期西安城市轨道交通顺利发展。
　　本文根据课题组所做的3组隐伏地裂缝环境下盾构隧道大型物理模型试验，结合有限元数值分析方法，对在地裂缝活动作用下，盾构隧道穿越地裂缝带的变形破坏特征进行研究，取得了以下研究结果：
　　1、通过物理模型试验，研究了盾构隧道与隐伏地裂缝在30°、60°及90°相交时的破坏类型及其影响区域，得到了相交角度与盾构衬砌破坏区域的宽度关系。
　　2、通过对不同角度隐伏地裂缝作用下盾构隧道衬砌的有限元数值模拟，对盾构衬砌拱底脱空区的分布、盾构衬砌竖向位移与相交角度之间存在的关系进行了研究。
　　3、对隐伏地裂缝作用下，盾构隧道与地裂缝相交角度对衬砌变形影响规律进行了研究。
　　4、研究了隐伏地裂缝作用下盾构管片的受力模式，提出了隐伏地裂缝作用下盾构管片计算模型。
　　本文对隐伏地裂缝作用下盾构隧道衬砌管片的变形破坏机理等问题进行了研究，其成果对西安地铁工程在隐伏地裂缝环境下的工程设计和运营安全具有重要的理论与实际意义。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3论文研究的主要内容及技术路线

第二章 西安地裂缝特征及与地铁隧道的平面关系

2.1 引言

2.2 西安地裂缝特征

2.3 西安地铁结构与地裂缝平面关系

2.4 本章小结

第三章 隐伏地裂缝作用下盾构隧道变形破坏阶段及区域研究

3.1 引言

3.2 模型试验简介

3.3 模型试验结果分析

3.4 隐伏地裂缝作用下盾构隧道变形破坏过程分析

3.5 隐伏地裂缝作用下盾构隧道与地裂缝角度相交影响区域研究

3.6 本章小结

第四章 隐伏地裂缝作用下盾构隧道数值模拟研究

4.1 引言

4.2 模型的建立

4.3 正交工况出露地裂缝与隐伏地裂缝数值模拟对比分析

4.4 隐伏地裂缝活动作用下盾构隧道变形破坏研究

4.5 本章小节

第五章 隐伏地裂缝作用下盾构隧道变形力学模型

5.1引言

5.2 隐伏地裂缝作用下盾构隧道围岩变化分析

5.3 隐伏地裂缝作用下盾构隧道结构计算模型研究

5.4 本章小节

第六章 结论与展望

6.1 主要研究成果与创新点

6.2 进一步研究展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢