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正断层错动引起地铁隧道断错效应研究
| 论文题名： | 正断层错动引起地铁隧道断错效应研究 |
| 关键词： | 正断层;数值模拟;地铁隧道;断错效应 |
| 摘要： | 地铁隧道由于其跨度大的特点，不可避免的会跨越隐伏断层。地震中隐伏断层活动会引起上覆土体中隧道结构的永久变形。基于上述背景，本文针对上覆土体为砂土和粘性土两种情况，采用物理模型试验和有限元数值模拟相结合的方法，针对正断层错动引起地铁隧道断错效应展开研究。并基于对隧道结构变形规律的认识，初步建立预测跨断层隧道变形的理论计算模型。 针对上覆土体为砂土情况，采用自行研制的倾向断层错动模拟装置展开相关模型试验研究。试验通过土工图像分析技术掌握上覆砂土断裂形成过程及其扩展规律。在整体式隧道模型内壁关键位置布设应变片，监测衬砌纵向应变沿轴线向分布特征和关键截面环向应变变化规律。通过不同错动量模拟，考察隧道破坏范围的变化。结合有限元数值模拟，进一步深入分析衬砌结构的受力特征。分析研究表明，上覆砂土层中剪切破裂带的扩展方向在土体基岩接触面处朝向断层上盘一侧，偏离基岩断层的错动方向。断层错动作用下，隧道在断层投影位置附近沿轴线方向的沉降变形曲线出现反弯点。该反弯点随着隧道结构相对刚度的增大，向断层下盘一侧偏移。 针对上覆土体为粘性土情况，结合正断层错动下上覆土体的不排水变形特征，在有限元模拟中选用总应力分析法。基于现有离心机模型试验数据的对比验证，进一步分析理想粘结和理想光滑两种隧道土体截面极限情况对隧道变形破坏的影响。分析结果表明，隧道土体界面理想粘结情况下，隧道结构同时发生受弯和水平受拉变形。当隧道土体界面为理想光滑情况时，断层错动仅会引起隧道结构的受弯变形。两个极限隧道土体界面情况下，隧道的受弯变形影响区域的大小均不受基岩错动量的影响，约为2倍的土体模型深度。 基于不排水条件下上覆土体变形机理的认识，初步建立一个地铁隧道变形的计算模型，并通过独立的物理模型试验数据对计算模型进行验证。进而针对隧道埋深和基岩断层倾角两个关键因素展开参数分析。理论计算模型表明影响隧道拱顶、拱底的轴向线应变的参数有隧道半径、土层厚度、基岩断层错动量、断层倾角、隧道埋置深度和形状参数。 |
| 作者： | 黄芸 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 蔡奇鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华侨大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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