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原文传递青岛地区粉质粘土动力特性及其与地铁隧道结构动响应研究

论文题名：	青岛地区粉质粘土动力特性及其与地铁隧道结构动响应研究
关键词：	粉质粘土;动力特性;地下结构;动响应;地铁隧道;有限元分析;列车振动荷载;隧道结构
摘要：	近十多年来，随着城市化进程的加快，城市人口、城市交通地域规划和城市生态环境都面临巨大的压力。在大力改善地面交通的同时，城市地下空间的开发和利用已成为众所关心的热点。　　本文以青岛正在兴建的地铁为研究对象。青岛地铁在地下穿越不同的地质土层，其中拟建的地铁一号线在城阳区出现穿越第四系上更新统冲洪积粉质粘土层(Q3al+pl)段。我们通过对青岛第四系冲洪积粉质粘土进行室内动三轴试验，研究其动力特性。在试验得到第四系上更新统冲洪积粉质粘土相应动参数的基础上，对青岛地区穿越第四系上更新统冲洪积粉质粘土地质类型的三种不同形状地铁隧道，应用ANSYS软件对其进行动响应分析。主要研究内容及其研究成果有: 　　1.青岛地区第四系上更新统冲洪积粉质粘土动力特性的研究。对青岛地铁线路下的第四系上更新统冲洪积粉质粘土进行室内动三轴试验，得到该土的动应力-应变关系、动弹性模量与围压的关系、动剪切模量与动剪应变的关系、初始动弹性模量Ed0的取值范围、起始动剪切模量Gd0和最大动剪应力τy与轴向固结应力的关系、阻尼比与轴向固结应力的关系及阻尼比的取值范围等一系列动力特性规律。具体研究成果有: 　　(1)青岛标准层序第十一层第四系上更新统冲洪积粉质粘土的动应力-应变关系符合双曲线模型，并且动弹性模量的倒数1/Ed和动应变εd之间近似为直线关系，得到不同围压下1/Ed和εd的拟合直线关系式。　　(2)土的动弹性模量随动应变的增大而减小，随围压的增大而增大。土的动剪切模量随动剪应变的增大而减小。得到初始动弹模Ed0的取值范围为31-48MPa。　　(3)发现土的起始动剪切模量Gd0和最大动剪应力τy与轴向固结应力间均有良好的幂函数关系，并通过试验数据拟合得到幂函数关系式:Gd0=1.19(Kcσ3c)0.483，τy＝1.304(Kcσ3c)0.582。　　(4)固结围压σ3和固结比Kc对阻尼比的影响较小，阻尼比随剪应变γd的增大而逐渐减小，且当γd接近0.002时阻尼比稳定于0.01。　　2.介绍动力有限元法分析地下结构动力问题的理论和模拟计算步骤以及ANSYS基于有限元理论的弹塑性DP模型。　　3.确定列车振动荷载。根据前人经验和现有研究成果用人工激励函数来模拟列车振动荷载，得到列车振动荷载随时间变化的时程曲线。　　4.在大型通用有限元分析软件ANSYS上建立三种不同形状隧道结构动力有限元模型，应用粉质粘土动力特性试验结果和青岛地铁1号线勘察资料，对隧道体系从开挖到施加车辆振动荷载进行数值模拟，得到隧道结构的内力和动响应。通过对隧道内力和动响应的分析得出以下结论: 　　(1)在粉质粘土层中，圆形地铁隧道受力最合理，建议拟建的地铁1号线穿越粉质粘土层隧道采用圆形衬砌，应用盾构技术。　　(2)列车振动荷载作用下，不同形状的衬砌动响应内力变化较小，所以列车振动荷载并不是影响隧道结构稳定与安全性的主要因素。
作者：	隋学斌
专业：	岩土工程
导师：	左红伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文