小角度斜交与近距离平行条件下地铁隧道与地裂缝相互作用的模型试验研究

摘要

由于内外动力多种因素共同作用,到目前为止,西安市区先后出现了14条地裂缝(带),为城市建设留下了重大安全隐患。伴随着西安地铁二号线的通车运营,西安的城市轨道交通建设开始加速展开,但一系列新的问题也接踵而至。西安地铁三号线是西安市继地铁一、二号线之后开工建设的第三条地铁线路,与地铁一、二号线分别斜交和近似正交穿越地裂缝带不同,地铁三号线在有些区间段以小角度斜穿或是近距离平行地裂缝带,且以后建设的几条线路都可能遇到这一问题。因此,明确小角度及近距离平行条件下通过地裂缝对地铁隧道结构的影响机制,解决地铁小角度穿越和近距离平行地裂缝带的病害防治问题显得尤为重要。
　　本文以西安地铁三号线吉祥村——小寨区间段地铁隧道小角度斜穿和近距离平行地裂缝为研究背景,首先介绍了西安地裂缝的基本特征、活动性及成因模式,然后重点对地铁三号线沿线地裂缝的发育特征、活动程度及致灾性进行了详细说明。通过大型物理模型试验研究了小角度斜交和近距离平行地裂缝带的地铁隧道受力变形特征、破坏模式以及影响范围,揭示了20°斜穿地裂缝的地铁隧道在地裂缝活动作用下发生的扭转、弯曲、剪切变形破坏特征,并得出地铁隧道在地裂缝上盘平行通过地裂缝时的安全避让距离为30m。
　　运用MIDAS/GTS有限元程序建立数值分析模型,对地铁隧道20°斜穿地裂缝及隧道结构在不同净距条件下平行通过地裂缝进行数值模拟计算,从位移、内力及宏观变形等方面对结构及岩土体变形破坏特征进行分析,并与模型试验所得结果进行对比,作为模型试验的优化与补充。
　　针对小角度斜交及近距离平行活动地裂缝带的地铁隧道变形及破坏特征,提出了地铁隧道小角度斜穿地裂缝带的结构变形范围以及近距离平行地裂缝带的安全避让距离,为西安地铁三号线及后续其他线路类似工程的设计、施工及安全运营提供科学的理论指导和设计依据,并进一步丰富了地裂缝活动对地下结构影响等方面的研究成果。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

第二章 西安地铁三号线沿线地裂缝活动特征

2.1 西安地裂缝的基本特征、活动性及成因探讨

2.2 西安地铁三号线沿线地裂缝情况

第三章 小角度斜交及近距离平行条件下地铁隧道与地裂缝带的

物理模型试验

3.1 试验目的

3.2 结构模型设计与制作

3.3 试验系统与加载

3.4 量测内容与数据采集

3.5 小角度（20°）斜交地裂缝工况下试验分析与结论

3.6 近距离平行地裂缝工况下试验分析与结论

第四章 小角度斜交及近距离平行条件下地铁隧道与地裂缝带的有限元数值模拟

4.1 MIDAS/GTS有限元程序介绍

4.2计算模型的建立

4.3 数值模拟结果分析

第五章 结论与展望

5.1 结论与建议

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢