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交通荷载作用下管线渗漏引起城市路塌陷问题研究
| 论文题名： | 交通荷载作用下管线渗漏引起城市路塌陷问题研究 |
| 关键词： | 城市道路;路面塌陷;交通荷载;管线渗漏 |
| 摘要： | 近年来，城市道路路面塌陷事故频繁，例如，郑州西三环快速路辅路就在短短八个月的时间里发生了多达18次道路塌陷事故。道路塌陷事故不仅仅损坏城市路面结构，还对周边建筑及市民生命财产安全造成严重的威胁，引起强烈的负面社会影响。因此，城市路面塌陷的预测及修复已成为社会各界关注的热点之一。 本文采用室内模型试验和数值模拟方法，研究了交通荷载作用下管线渗漏引起地下空洞的形成和发育过程，分析了地下空洞上覆土层厚度、尺寸对城市路面稳定性的影响。主要进行了以下几个方面的研究: (1)以郑州地区为背景，通过液塑限试验、击实试验、比重试验等室内土工试验得出郑州粉土的物理力学参数;采用动三轴试验，研究了郑州粉土模量随累积轴向应变变化的规律，给出郑州粉土的模量衰减公式。 (2)设计了管线渗漏引发道路塌陷的室内模型试验方案，制作了可视化半结构模型装置，并给出详细的室内试验方案，分别考虑荷载类型、管线埋深、管线与流失通道间距、管线与流失通道相对位置等因素的影响，研究管线渗漏引发地下空洞的发育、扩展机理。 (3)模型试验结果表明:相比于单独静荷载作用，增加动荷载会延缓达到最终破坏的时间;动荷载值较小时，对管线上层土体有振密压实作用，增加路基的稳定性;动荷载值较大时，会加快裂缝的扩展，更易导致地面塌陷事故。管线与下部流失通道距离的增加会延缓破坏时间，扩大破坏面，空洞延伸到地表的几率也随之增加。增加管线埋深可以减小荷载对地下空洞的扰动，地下空洞发育缓慢，稳定性更好，地表沉降也较小。当流失通道形成晚于管线渗漏时，土体的浸湿范围扩大，土体自重荷载增加，强度和变形模量减小，形成的空洞尺寸扩大，地表沉降值增加，地表更易发生塌陷事故。 (4)采用USDFLD用户子程序对ABAQUS进行二次开发，引入土体模量随动荷载作用的衰减模型，建立下伏地下空洞道路的有限元模型，研究荷载类型、空洞上覆土层厚度及空洞尺寸对路面稳定性的影响。结果表明:路面变形较大时，应考虑交通荷载的动力效应;道路稳定性随空洞上覆土层厚度的增加而增大，最终趋于平稳;路面沉降随空洞高度和跨度的增加而增加，到达某个临界点后，沉降值会陡然增加，路面出现破坏趋势。 |
| 作者： | 武天仪 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 时刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 郑州大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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