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原文传递地裂缝及地下水对西安地铁隧洞衬砌受力变形影响的研究

论文题名：	地裂缝及地下水对西安地铁隧洞衬砌受力变形影响的研究
关键词：	地铁工程;地裂缝;地下水;衬砌受力;变形现象;安全运营
摘要：	地裂缝是在西安地铁建设中所遇到的一类独特的地质问题，在国内外的地铁建设史中也是首次面对这样的地质现象，因而，在西安地铁的建设中也无现成的经验和工程可作参考。地裂缝穿越地铁区间，无论是建设期还是运营期都是比较棘手且亟待解决的问题，尤其是地裂缝的活动将会对地铁隧洞的建设和安全运营产生极其不利的影响。　　针对上述问题，本文从西安地铁建设中的主要工程地质问题入手，做了如下主要工作:分析了西安曲江南湖的蓄水运营对西安f7地裂缝与地铁二号线交汇处地下渗流场的影响及曲江南湖自身送行的安全性问题；分别采用回归分析法和BP神经网络的方法对西安f7地裂缝的未来垂直活动量进行了预测；总结了地裂缝在地表断坎形态曲线的一些统计规律以及地裂缝的活动形式对地铁隧洞衬砌受力变形的最不利影响；选取西安地铁区间的土性参数，采用蠕变本构模型，利用本文f7地裂缝的预测值来分析和研究地裂缝的活动可能对西安地铁运营期所造成的影响。　　在本文研究的基础上，得到了如下的几点认识：　　(1)西安曲江南湖的蓄水运行，将会对f7地裂缝与地铁二号线交汇处的地下渗流场造成一定的影响。无论是南湖防渗体运行正常还是部分防渗体失效均会造成f7地裂缝与地铁二号线交汇处地下水位的上升，其中南湖防渗体运行正常、仅l号缝失效、仅2号缝失效、l，2号缝同时失效造成该处地下水位上升分分别依次为26.4cm、26.99cm、27cm、27cm。南湖在蓄水运行后，无论是防渗体运行正常还是部分防渗体失效，湖两岸的坡降均是由大逐渐变小，最后趋于稳定的渐变过程。因而，特别在蓄水运行初期阶段应该加强对防渗体的保护。　　(2)采用回归分析法，对地裂缝垂直活动量的时间历程过程进行了分析，认为f7地裂缝在大约40年之后(即2045年)基本趋于稳定，不再发展变化，其最终的累积沉降量为438mm，f7地裂缝未来的年平均活动速率为l.5mm／a。采用BP神经网络方法对影响地裂缝未来活动的多因素进行较全面的分析，得到地裂缝的未来最大垂直活动量在3mm/a以内。　　(3)通过总结地裂缝在地表断坎形态曲线的一些统计规律得到了地裂缝的三种常见的地表表现形态曲线即折线型、倾斜直线型、水平直线型；并分别分析了这三种类型的边界条件对地铁运营造成的可能影响，得出了水平直线型边界为最不利的工况。　　(4)利用f7地裂缝的预测值分析了其对地铁隧洞衬砌安全运营的影响，通过有限元分析得到了地铁隧洞衬砌的拱顶、拱底最大沉降位移，且其值均不超过14cm；隧洞二次衬砌的最大压应力为5.98MPa,最大拉应力为5.48MPa，其中拉应力超出了C30混凝土的设计极限，且最值出现在上盘的底部，下盘的顶部，具体位置处于上(下)盘的1/3～2/3区域。说明在出现拉应力的区域应该采取措施协调变形且处理掉过大的拉应力，诸如在该区域设置变形缝，沉降缝等工程措施进行防范。这样既可以将过大的拉应力释放掉，也可以充分发挥混凝土等不同材料的受力性能，有利于地铁隧洞的安全运营。　　本文的工作不仅可以为地裂缝的研究提供一种新的思路，而且可以为西安地铁的设计和安全运营提供一定的参考，具有一定的理论价值和实际意义。
作者：	高闯洲
专业：	岩土工程
导师：	党发宁
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安理工大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文