地铁行车荷载下软粘土微观结构变形破坏机制研究

摘要

针对上海地区地铁隧道软土地基产生不均匀沉降这一环境问题，本文以现场测试为出发点，采用目前国际上先进的多功能循环三轴试验系统GDS，对地铁隧道周围饱和软粘土进行循环三轴试验，并通过电子扫描电镜(SEM)和压汞试验等定性、定量的微观测试手段，得到了一些有益的结论和成果： 1.地铁列车驶过时引起的隧道周围土体的响应频率有两个，高频fH：2..4～2.6Hz，低频fL：0.4～0.6Hz。 2.地铁行车荷载下隧道周围孔隙水压力增长趋势可分为三个明显的阶段，提出了上海地区饱和软粘土在地铁行车荷载作用下的孔隙水压力增长模型3.轴向应变在加载开始后并没有立即增加，发生明显的回弹现象，其性状与砂土的剪胀性十分相似，并且隧道侧壁深度处的变形相对较小，而隧道底部的轴向应变曲线的回弹阶段非常短暂，而后立即进入塑性变形阶段，并产生较大的轴向变形。 4.上海地区第④层淤泥质软粘土主要存在絮凝结构、蜂窝-絮凝结构，结构单元多为薄片状，容易形成淤泥质土高孔隙比的架空结构。 5.在振动过程中，土结构单元有压密之势，但会形成更多的架空结构。在循环应力比较高的土体中，在振次的持续增加下，原先有压密趋势的各结构单元中尚未牢固的将会出现滑移、错动现象。 6.上海地区原状饱和软粘土中以大孔为主，且在进汞过程中存在“瓶颈”效应(ink-bottleeffect)。 7.可以预见，在地铁运营相当长的一段时间内，隧道周围和轨道底部地层都会存在结构单元之间的压密过程，而由于隧道底部承受来自地铁的荷载较大，压密趋势有所缓和，但单元之间的错动将会是变形的主要因素，因此，在相当长的时间内，变形仍将继续。 8.微观试验的结果也表明，采用堆砌体模型解释超低应力条件下饱和软粘土的变形机制并不恰当。 最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1选题依据和研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1列车振动荷载研究的发展和现状

1.2.2动荷载下软粘土的动力特性研究

1.2.3软粘土微观结构的研究

1.3土的结构性研究

1.4本文主要研究工作

1.4.1地铁行车荷载作用下隧道周围饱和软粘土的动力响应研究

1.4.2地铁行车荷载作用下饱和软粘土中孔隙水压力增长及变形规律的试验研究

1.4.3地铁行车荷载作用下饱和软粘土微观结构研究

第2章地铁行车荷载作用下隧道周围饱和软粘土动力响应研究

2.1引言

2.2地铁行车荷载作用下饱和软粘土动力响应研究现场试验设计

2.2.1试验场地简介

2.2.2隧道周围地层以及仪器埋设

2.3试验成果整理与分析

2.3.1饱和软粘土对地铁行车荷载的动力响应频率分析

2.3.2地铁行车荷载作用下饱和软粘土中土压力的动力响应规律

2.4本章小结

第3章地铁行车荷载作用下饱和软粘土中孔隙水压力发展规律试验研究

3.1引言

3.2软粘土中的孔隙水

3.2.1双电层结构

3.2.2饱和土中的孔隙水

3.3室内试验设计

3.3.1试验仪器介绍

3.3.2试验方案

3.3.3试验过程

3.4地铁行车荷载作用下饱和软粘土中孔隙水压力发展规律研究

3.4.1孔隙水压力增长规律

3.4.2孔隙水压力增长速率衰减规律

3.4.3孔隙水压力消散规律

3.4.4地铁振动荷载对孔隙水压力影响的机理分析

3.5本章小结

第4章地铁行车荷载作用下饱和软粘土变形特性试验研究

4.1引言

4.2上海地区饱和软粘土的基本特性

4.3试验设备

4.4饱和软粘土在地铁荷载下的变形特性研究

4.4.1有效主应力随振次的变化规律

4.4.2剪切波速变化规律

4.4.3轴向应变变化规律

4.4.4地铁振动荷载对饱和软粘土变形特性影响的机理分析

4.5本章小结

第5章地铁行车荷载作用下饱和软粘土微观结构研究

5.1引言

5.2压汞测孔原理

5.2.1压汞测孔原理

5.2.2压汞试验的分析参数

5.2.2孔的定义范围

5.3电子扫描显微镜试验(SEM)

5.3.1样品制备

5.3.2土样制备

5.3.3观察结果定性分析说明

5.4原状软粘土的孔隙特征在进汞过程中的变化规律

5.5原状软粘土的孔隙特征在出汞过程中的变化规律

5.6饱和软粘土在行车荷载作用前后孔隙结构特征参数的变化规律

5.6.1定量统计结果

5.6.2孔隙微结构参数与循环应力比CSR的相关性分析

5.6.3孔隙结构特征参数在振动前后变化规律的机理分析

5.7孔隙微结构参数与宏观变形的相关性耦合分析

5.8结论

第6章结论与建议

6.1结论

6.2进一步工作的展望

参考文献

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果