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软土隧道固结性状及相互作用理论研究
| 论文题名： | 软土隧道固结性状及相互作用理论研究 |
| 关键词： | 软土;隧道;衬砌;半封闭;粘弹性;固结;相互作用;动力响应;应力系数;频域;时域 |
| 摘要： | 由于软土的固结、流变以及隧道衬砌的半透水性,软土隧道的内力与变形将随时间长期变化和发展.但目前相关的理论研究还滞后于工程实践.本文从Biot固结理论出发,对软土隧道的固结性状和相互作用以及在外荷载作用下的动力响应问题展开较系统、深入的研究,以揭示和掌握衬砌和土体的相对渗透性对软土的固结、流变以及对隧道内力和变形的影响规律,为软土中隧道的设计计算和工程实践提供技术支撑.主要工作如下:1.考虑隧道衬砌和周围土体的相对渗透性,假定隧道处于半封闭状态(即边界半透水)且为薄壁柔性,研究了粘弹性饱和土体中深埋圆形隧道的固结问题.2.考虑衬砌材料和土体的流变性以及衬砌的刚度,利用薄壁圆柱壳理论,研究了粘弹性饱和土体中半封闭圆形隧道衬砌-土相互作用问题.3.对隧道边界上受轴对称荷载和流体压力作用情况下半封闭压力隧道周围软土的固结及衬砌-土相互作用问题进行了研究,分别得到隧道周围设置集中排水、不透水层等复杂情况下的解答,并分析了衬砌渗透性参数等对固结性状的影响.提出采用反映衬砌材料孔隙率的应力系数r来确定隧道边界上衬砌和孔隙水分别承担的内水压力值,从而可避免当前压力隧道计算中将隧道边界上的内水压力视为轴对称荷载或流体压力这两种简单假设,使压力隧道的计算更接近于工程实际.4.首次将衬砌的半封闭特性引入于隧道的动力响应问题,基于Carione建立的反映土体松驰和流变的粘弹性本构模型,在频域内得到了考虑衬砌刚度、隧道边界上受轴对称荷载及流体压力作用下半封闭圆形隧道衬砌—土的动力固结和相互作用解答.分析了衬砌和土体的材料及几何参数等对固结的影响,结果表明:反映土体粘弹性性质的最小质量因子和土体的粘滞阻尼具有相同的力学意义,从而很好地验证了Carcione粘弹性本构模型的合理性.5.在时间域内,研究了粘弹性饱和土体中隧道边界上受任意荷载作用的衬砌—土动力固结和相互作用问题,通过引入势函数和Helmholtz分解原理,并利用应力系数Γ得到了不同响应模式下该问题的解答. |
| 作者： | 刘干斌 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 谢康和;施祖元 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2004 |
| 正文语种： | 中文 |
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