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地裂缝对西安地铁隧道力学性状影响的研究
| 论文题名： | 地裂缝对西安地铁隧道力学性状影响的研究 |
| 关键词： | 地裂缝;地铁隧道;衬砌结构;应力分析;有限元分析 |
| 摘要： | 地裂缝是一种危害严重地地质现象。西安市已出露地表的地裂缝达15条,均分布在黄土梁洼地貌交界延伸分布部位,且由北向南依次呈南倾排列。西安地铁必须穿越地裂缝,是工程建设中除湿陷性、穿越古建筑地基之外的难题之一。如何保证地裂缝作用下衬砌的整体稳定性,以及地铁的正常运行是建设者们亟待解决的问题。 本文以西安地铁二号线草场坡～小寨区间段的隧道工程为背景,结合该区间段地裂缝地层的地质条件和隧道施工方法,应用大型有限元软件ANSYS对初步设计拟采用马蹄形断面、缩小变形缝间距衬砌结构穿越地裂缝的两种方案,在模拟地裂缝接触面、上下盘地层相对竖向错动位移条件下进行了三维有限元数值计算,得到以下认识： 1)地裂缝存在影响其附近上、下盘围岩土体的应力条件。 2)对于衬砌结构跨越地裂缝的方案,随着地裂缝错动位移增大,衬砌结构各变形缝处的相对沉降差逐渐增大,且分布均匀。当地裂缝错动位移达50cm时,地裂缝附近四条变形缝的相对沉降差约为10cm。但衬砌结构和围岩应力条件的发展变化明显,随着地裂缝错动位移增大,衬砌结构的拉压逐渐增大,上盘内围岩顶部的压应力逐渐增大,底部的压应力逐渐减小；下盘内围岩底部的压应力显著增大,顶部的围岩压应力逐渐增大。衬砌最大拉主应力和最大压主应力分别为52.7MPa和91.2MPa。 3)对于衬砌结构变形缝与地裂缝一致的方案,随着地裂缝错动位移增大,衬砌结构各变形缝处的相对沉降差逐渐增大,但分布不均匀,地裂缝处变形缝的相对沉降差发展显著。当地裂缝错动位移达50cm时,地裂缝处变形缝的相对沉降差约为30cm。衬砌结构和围岩应力随着地裂缝错动位移增大的发展较小。衬砌最大拉主应力和最大压主应力分别为13.7MPa和15.2MPa。 4)衬砌结构跨越地裂缝的方案能有效地控制备变形缝沉降差,对于保证变形缝防渗有利；衬砌结构变形缝与地裂缝一致方案能有效控制衬砌结构内力及应力条件,但地裂缝处变形缝的相对沉降差较大,不利于变形缝防渗。 |
| 作者： | 程新星 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 邵生俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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