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原文传递软弱地层中管棚作用机理及管径因素研究

论文题名：	软弱地层中管棚作用机理及管径因素研究
关键词：	软弱地层;管棚;作用机理;管径;开挖释放荷载;支护结构;喷射混凝土;敏感度分析;土体开挖;作用特性;内力;作用分析;位移;地下工程;变形;简化模型;弹性地基梁模型;硬化特性;软土地层;分析方程
摘要：	管棚是在地下工程中获得广泛应用的一种主要用于防坍、限沉的辅助工法，近年来在我国东部城市软弱地层中也开始得到应用和推广，本论文主要就软弱地层中管棚作用机理以及管径因素对管棚作用的影响情况进行了研究。主要研究内容和研究成果如下：建立了用于管棚作用分析的简化模型一变基床系数弹性地基梁模型，推导了该模型的解析解；提出了区分管棚作用特性的判别式。以CRD工法的不同施工阶段作为研究工况，对管棚作用特性进行了分析，分析表明：不同条件下，管棚作用特性不尽相同，管棚作用可分为传递荷载或承受荷载；管棚作用特性主要取决于管棚与支护结构的相对刚度比；当管棚起荷载传递作用时，管径变化对支护结构和管棚体系的内力分配影响不显著，而当管棚作为承载构件时，则管径变化影响显著。利用管棚作用分析简化模型就管棚对开挖释放荷载的传递、调节作用进行了研究，研究表明，软弱地层中，土体开挖产生的释放荷载通过管棚作用主要传递到支护结构上；支护结构和管棚体系中，管棚的承载能力不是控制性因素；土体开挖释放荷载的扩散范围主要取决于体系特征系数。在以上分析基础上，将软土地层中管棚作用机理归纳为：管棚的存在，改变了开挖释放荷载的作用形式，将开挖面土体的剪切变形转化为未开挖段土体的压缩变形和支护段支护结构的因横向荷载导致的变形; 管棚将开挖释放荷载调节、定向到刚度较大的支护结构上，开挖释放荷载主要支护结构承担；将由未开挖段土体上分担的开挖释放荷载调节到较大范围内。采用解析法推导了开挖释放荷载导致的管棚位移对管径因素的敏感度分析方程以及管棚内力对管径因素的敏感度分析方程，并针对目前我国常用的管径，就施工开挖释放荷载产生管棚位移以及内力的敏感度进行了分析，分析表明：在常规跨度条件下，管径φ79mm～φ108mm，为位移和内力敏感度急剧变化范围，管径大于φ 108mm以后，管径增大对管棚位移和内力影响相对较小，管径增至φ159mm后，可认为，管径的提高对于管棚位移及内力几乎没有影响；棚架体系中，地层条件的改变对位移敏感度的影响相对较大，而支护结构刚度变化对管棚内力敏感度的影响较大。对喷射混凝土的早期变形特性进行了研究，提出了在地下工程有限元分析中对喷射混凝土随时间硬化特性进行模拟的方法，并编制了程序，以喷射混凝土构成的简支梁作为算例进行了验算，计算结果表明，是否早期喷射混凝土随时间硬化特性对于喷射混凝土的变形影响较为显著，若需要较为精确计算喷射混凝土的变形，考虑该因素是非常必要的。建立了管棚作用分析的空间模型，对管棚作用机理作了进一步的研究。研究表明，棚架为空间体系，开挖释放荷载的调节、重分布为一空间行为，既有纵向(支护结构与土体之间)，也有横向(支护结构与支护结构、土体与土体之间)的扩散或重分布。概括就是，开挖释放荷载从纵向讲，主要由支护区域承担，从横向讲，在土体中间部位，开挖释放荷载最大，而在支护区域的中间部位，开挖释放荷载最小。在软土地层中，对于开挖释放荷载，管棚主要起到杠杆调节作用。在纵向和横向对开挖释放荷载调节和重新分布，是管棚功能发挥的主要原因关键词：地下工程；管棚；双参数弹性地基梁；Fourier级数；敏感度分析；DKT板；
作者：	董新平
专业：	道路与铁道工程
导师：	周顺华
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输学院
学位年度：	2006
正文语种：	中文