分段式柔性接头闭合框架结构跨越西安地裂缝试验研究

摘要

随着现代社会经济的发展，城市规模不断扩大，城市人口逐渐增长，交通问题日益突出，西安市的地下铁道建设也势在必行。但是由于自然和人为等因素的作用和影响，自上世纪50年代以来，西安市区先后出现了13条地裂缝带，其活动时间之长和规模之大，在国内尚属罕见，这对正在准备建设的西安市轨道交通二号线来说无疑新增加了一些技术要求。因此，研究地裂缝对地铁隧道结构的影响显得非常重要。 本文利用长安大学地基沉降试验场对分段式带柔性接头闭合框架结构跨越地裂缝大型物理模型试验进行研究。通过在模型上预设裂缝，地裂缝上盘下降24cm，每天下降2cm，模拟地裂缝活动，采用沉降杯、高精水准仪、钢旋式和电阻式压力盒、应变片测试系统等测试仪器，得到地铁结构通过地裂缝带的应力应变特征、结构周边土体受力情况和地层土体沉降特征。试验结果表明当裂缝上盘下降时，地表会出现相应的沉降和树枝状裂缝，结构整体会向裂缝下盘方向作微小的水平位移，裂缝两侧结构相对位移明显，土体应力是裂缝上盘大于下盘，下部大于上部，结构应力呈现边缘大，接头较其他地方大，结构应变均呈现两端小，中间大等特点，接头两侧壁止水带发生拉裂，轨道发生变形等结论。采用非线性有限元分析软件MSC.Marc对物理模型进行了数值模拟，结果显示结构最大竖直向下位移达26cm，裂缝下盘结构西端上翘4cm，整体向下盘移动5～6cm，结构接头上盘下降24cm左右，接头下盘下降3cm左右，相对竖向位移达21cm，相对水平位移1cm左右，土体应力上盘大于下盘，下部大于上部，模型上部主要受拉，下部主要受压，结构顶底部应变中间大，两端小等规律。将试验结果与数值计算作对比，结果显示其位移、应力、应变等变化规律具有一致性。

目录

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声明

第一章 绪论

1.1 问题的提出

1.2工程概况

1.3本文研究的目的、意义和方法

1.3.1研究目的

1.3.2研究意义

1.3.3研究方法

1.4研究现状

1.4.1 国外研究现状

1.4.2 国内研究现状

第二章 西安地裂缝的工程性质及其危害

2.1西安地裂缝分布及其活动特征

2.1.1 西安地裂缝的空间分布特征

2.1.2西安地裂缝活动特点

2.2西安地裂缝成因机制

2.3西安地裂缝的工程危害

2.3.1 西安地裂缝对城市建设的危害及灾害特征

2.3.2西安地裂缝可能引起的地铁病害分析

2.4西安地裂缝防治措施

2.4.1地裂缝场地建(构)筑物的防治对策

2.4.2铁路、公路及市政工程的防治对策

2.4.3控制地下承压水的抽汲

2.5小结

第三章 分段式闭合框架物理模型试验

3.1模型设计理论

3.1.1 模型的定义

3.1.2相似原理

3.1.3模型试验的相似比例

3.2物理模型试验

3.2.1模型试验目的

3.2.2模型试验设备及其装置

3.2.3模型试验方案

3.2.4模型试验过程

3.3小结

第四章 模型试验结果分析

4.1地表破裂变形情况

4.2地表以及土体内部沉降特征

4.3土体内部压力变化

4.4 隧道压力及其内外表面应变特征

4.5结构的位移以及止水带的破裂特征

4.6试验影响及误差分析

4.7小结

第五章 模型数值模拟分析

5.1有限元的基本理论基础

5.1.1有限元数学理论

5.1.2有限单元法的一般格式

5.2模型的有限元计算

5.2.1模型的建立

5.2.2计算参数的选择

5.2.3计算结果分析

5.3小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢