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原文传递滨海地区轨道交通地下工程水土压力试验与理论研究

论文题名：	滨海地区轨道交通地下工程水土压力试验与理论研究
关键词：	地铁施工;基坑;盾构隧道;水土压力;模型试验
摘要：	伴随着城市化进程的加速，滨海地区城市开始大规模城市轨道交通建设，以解决城市交通拥堵问题。轨道交通地铁车站狭长基坑的被动土压力问题和水位波动条件下过江盾构隧道的开挖面极限支护压力问题是伴随着滨海城市轨道交通建设而产生的新课题。本文针对上述问题通过模型试验、数值和解析手段分别进行了研究，主要工作和结论如下: 　　1、利用研制的土压力试验模型装置，进行了一组不同填土宽度的刚性挡墙平动模式室内模型试验，采用微型土压力盒量测从静止状态到被动极限状态的水平土压力分布的变化，利用颗粒图像测速技术研究土体内滑裂面发展规律。试验结果表明，半无限土体情况下的被动土压力大小、分布和合力作用点与库伦被动土压力较为接近。而有限宽度情况下移动挡墙上各深度的被动土压力值均大于库伦被动土压力，且土体宽度越窄，挡墙的被动极限位移有增大趋势，挡墙下部的被动土压力增大更明显，土压力分布的非线性程度愈高，被动土压力系数越大，被动土压力合力作用点明显往墙底移动。随着填土宽度的减小，填土表面的隆起愈明显，滑裂面的倾角略有增大。当移动挡墙达到或接近极限状态时，固定边界上的水平土压力随填土宽度的减小而逐渐增大，甚至接近库伦被动土压力。　　2、采用COMSOL建模分析了水位波动条件下盾构开挖面附近地基中的孔压响应。数值计算结果表明:在渗透系数较大的砂性土地基中开挖水下盾构隧道时，水位波动在地基中的传播不存在相位滞后现象，在渗透系数较小的粉土地基中开挖水下盾构隧道时，水位波动的传播存在较为明显的相位滞后和幅值衰减现象;盾构隧道中轴线处压力水头沿开挖面前方水平距离的分布为“负指数”函数分布;隧道竖向对称面处开挖面前方距开挖面较近时压力水头和总水头沿深度分布表现为非线性分布;分析讨论了上覆土层厚度、下卧土层厚度、水深、隧道直径、渗透系数、边界波动幅值和边界波动周期等因素对水平渗透力的影响。　　3、采用经典的“楔形体一棱柱体”极限平衡模型，结合COMSOL水位波动下渗流计算，研究了考虑水位波动的盾构隧道开挖面极限支护压力，并应用于杭州庆春路过江隧道工程实例分析。研究结果表明，粉土地基中开挖面有效极限支护压力随着时间呈现周期性波动，且存在相位滞后现象;水平渗透力是构成有效支护压力的最主要部分;分析讨论了有效黏聚力、有效内摩擦角、密封舱压力水头、上覆土层厚度和隧道直径等因素对有效极限支护压力的影响。　　4、建立水位波动条件下砂性土地基中盾构开挖孔压响应简化分析模型，利用Laplace变换和级数展开得到近似解析解，通过与半解析解的对比，得出近似解析解偏安全。
作者：	张金红
专业：	岩土工程
导师：	应宏伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文