南水北调中线膨胀土段渠系倒虹吸施工技术及结构安全分析研究

摘要

粘性膨胀土问题是南水北调中线工程建设中遇到的重要科研问题,研究膨胀土地基条件下渠系倒虹吸建筑物的综合施工技术及结构安全性,对南水北调工程的实施具有重要实际应用意义。
　　本论文首先根据南水北调中线工程膨胀土的工程特性以及膨胀土地层的结构特征,提出了该工程粘性膨胀土地基渠系建筑物合理的开挖施工方案;其次,以南水北调中线工程镇平段淇河倒虹吸渠系建筑物为例,考虑粘性膨胀土渗透的各向异性,进行了基坑降排水井群数值仿真计算,研究了地下水位随时间的变化规律,并将计算值与实测值进行了对比分析,结果表明:计算值和实测值比较吻合,设置井群降排水的施工方案不能满足粘性膨胀土基坑干场作业的要求;再次,针对南水北调中线工程镇平段淇河倒虹吸基坑的水文地质条件,研究建立了分层设排水沟并分层开挖的降排水方案,并采用三维有限元法进行了仿真计算与工程安全性分析,计算结果与实测结果表明:淇河倒虹吸施工期降排水采用分层设置排水沟与分层开挖相结合的施工方法,在基坑处会形成降水漏斗,能有效地降低地下水位线,满足施工要求;然后,考虑降雨和地震的作用,基于强度折减法,进行了淇河倒虹吸建筑物基坑边坡稳定性分析,结果表明:淇河倒虹吸基坑采用分层设排水沟并分层开挖的降排水方案时,基坑边坡在降雨、地震工况下结构安全性均能满足施工要求;最后,考虑混凝土热力学参数随龄期的变化以及外界气温变化等因素,模拟淇河倒虹吸建筑物混凝土的施工过程,进行了大体积混凝土的温度场和温度应力仿真计算研究,为倒虹吸混凝土结构温控防裂提供理论支撑。
　　论文的研究成果,为南水北调中线工程膨胀土段渠系建筑物的施工及工程安全性分析与评价,提供了重要理论依据与技术支撑。

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1绪论

1.1研究背景及意义

1.2 粘性膨胀土的材料特性研究进展

1.3 膨胀土边坡稳定性研究进展

1.4 基坑降排水技术研究进展

1.5 大体积混凝土温度应力场分析研究进展

1.6本文研究内容和创新之处

2 南水北调中线工程膨胀土段渠道开挖施工方案研究

2.1 粘性膨胀土的工程特性

2.2 南水北调中线工程膨胀土层结构特征

2.3 南水北调膨胀土段渠道施工关键技术要点

2.4 南水北调中线工程膨胀土段渠道开挖施工方案

2.5 本章小结

3 膨胀土基坑井群降水数值仿真计算研究

3.1基坑井群降水的计算方法

3.2基坑井群降水的基本理论

3.3基坑井群降水系统设计

3.4南水北调中线工程基坑井群降水有限元仿真分析

3.5 观测成果与计算结果的对比分析

3.6本章小结

4南水北调中线膨胀土段基坑降排水施工方案数值仿真研究

4.1 淇河倒虹吸基坑开挖施工方案

4.2 淇河倒虹吸分层设置排水沟方案有限元仿真计算分析

4.3淇河倒虹吸排水沟计算结果与观测结果的对比分析

4.4 本章小结

5南水北调中线膨胀土段倒虹吸基坑边坡稳定性分析

5.1 计算模型

5.2 考虑降雨入渗的边坡稳定性分析

5.3 考虑地震作用的边坡稳定性分析

5.4 本章小结

6 穿河倒虹吸混凝土结构温度应力有限元分析

6.1 热传导基本理论

6.2 三维有限元基本理论

6.3 温度场计算的有限单元法

6.4 温度应力计算的有限单元法

6.4倒虹吸混凝土结构温度应力计算研究

7 结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参 考 文 献

附录