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反复清淤回淤荷载作用下海底沉管隧道软土固结变形特征及地基沉降计算研究
| 论文题名： | 反复清淤回淤荷载作用下海底沉管隧道软土固结变形特征及地基沉降计算研究 |
| 关键词： | 海底沉管隧道;反复荷载;软土地基;固结沉降 |
| 摘要： | 本文通过参考我国第一条修建在软土地基上的大型水下隧道—甬江沉管隧道的沉降监测数据，发现沉管隧道在反复清淤回淤的过程中依然会产生长时间的沉降，这是由于软土使得沉管隧道在运营期产生较大的固结沉降且固结的时间长。过大的沉降会导致管节的渗漏与开裂，因此本文对深中沉管隧道的软土在反复荷载作用下的固结变形特征以及软土地基在反复清淤回淤荷载作用下的沉降计算进行了初步的研究。通过分析国内外反复荷载作用下软土的变形研究现状以及沉管隧道沉降计算的研究现状，本文拟采用经验模型法计算反复荷载下沉管隧道软土地基的沉降，该计算方法简单、高效，适用于工程计算。 首先根据沉管隧道反复清淤回淤荷载的特点，本文设计了反复矩形荷载固结试验以及静荷载固结试验，通过对固结变形结果的对比，分析了静荷载与反复荷载作用下饱和黏土固结变形的时间效应。在静载固结试验中分析了压缩系数、固结系数、孔隙比与固结压力之间的关系，在反复荷载固结试验中研究了反复荷载作用下饱和软黏土的固结变形特征，分析了不同固结压力与卸荷比下饱和软黏土的压缩系数、固结系数、孔隙比以及孔隙比变化率随着反复荷载次数的变化规律。 在反复荷载固结试验结果的基础上，提出了考虑固结压力与卸荷比的孔隙比变化率经验计算公式，并根据分层总和法推导了反复荷载作用下沉管隧道软土地基沉降计算经验公式，结合深中沉管隧道的工程实例，计算了反复清淤回淤荷载作用下沉管隧道软土地基的沉降值。最后考虑到经验模型存在一定的局限性，参考以往文献对于三角形反复荷载与矩形反复荷载的差异以及应力历史（超固结比）对固结沉降影响的研究，本文确定了经验公式的修正方法，得出了修正后的沉降计算经验公式:沉降计算经验公式的结果乘以适当的系数(0.56～0.64)进行减小修正以用于计算沉管隧道反复清淤回淤荷载产生的沉降值。 为了进一步分析实际工程应力历史条件下沉管隧道软土地基的沉降，本文采用二维流固耦合有限元模型分析了深中沉管隧道软土地基在施工过程以及大回淤、反复清淤回淤过程中地基土的固结变形以及孔压的变化规律，最后将有限元模型计算的沉降值与论文提出的修正后的经验模型计算值进行对比，并参考已有的研究成果对沉降计算结果进行评价，认为修正后的经验模型与数值计算的结果均是合理的。 |
| 作者： | 薛建设 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 刘保国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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