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原文传递上海软粘土蠕变特性及盾构隧道差异沉降研究

论文题名：	上海软粘土蠕变特性及盾构隧道差异沉降研究
关键词：	盾构隧道;软粘土;粘弹-塑性本构模型;弹性地基梁;有限差分法
摘要：	在上海软粘土地区修建的盾构隧道，隧道处于长期运营状态下，隧道的差异沉降问题日渐凸现，对隧道结构安全、地铁列车运营的安全性及舒适性会构成一定的风险。隧道周围土层的蠕变特性是盾构隧道产生工后长期沉降的重要原因之一。天然地层土体性质的变化、隧道进出洞加固区与天然地层的差异、车站与隧道连接刚度的差异、隧道周围邻近荷载的变化，都使隧道产生了不同程度的差异沉降。本文从上海软粘土的蠕变特性的试验研究着手，从多方面对运营隧道差异沉降进行了较为深入的研究。 1.首先从盾构隧道周围软粘土地层的应力～应变的时效性入手，通过对各类已有软粘土流变模型的分析比较和讨论。建立了Burgers模型和Mohor～Coulomb模型串联而成的复合粘弹塑性模型--Cvisc模型，该模型可以更好地描述软粘土的粘弹塑性力学行为，其参数也可以通过室内三轴试验和蠕变试验得到。 2.对上海典型软粘土进行了室内蠕变试验，揭示了上海软粘土的流变特性。试验结果表明，④层土的流变特性相对较强，蠕变变形占总变形量的1/5～1/4。循环动应力下的蠕变试验结果表明，循环动应力对土体的流变作用影响不大，偏应力主导下的流变起主要作用。利用Origin软件的非线性拟合工具，确定了上海④层、⑤1层软粘土Burgers流变模型的计算参数，为数值模拟提供了较为可靠的流变参数。 3.使用FLAC3D有限差分软件，利用试验得到的土体流变参数和Cvisc蠕变模型对盾构隧道长期沉降性态进行了计算分析。根据典型区段的长期沉降计算，仅考虑隧道下卧土体的蠕变变形时，④层土中的隧道在5年后，沉降基本稳定，而⑤1层土在4年后，就达到稳定，最后趋向于收敛。通过对隧道下卧土层蠕变性质的差异、进出洞加固区和天然土层的差异、隧道邻近荷载的变化等情况的数值模拟，得到了由地基差异及荷载的变化引起的差异沉降规律。 4.在隧道的纵向广义连续化等效模型的基础上，考虑盾构管片的螺栓连接引起的纵向、横向刚度的折减，引入基床系数比ω、隧道连接刚度比β两个参数，建立了隧道在均匀地基和分段均匀地基上的统一计算模型，并编制了Matlab计算程序-“GETM”。计算分析了运营隧道处于弹性极限状态的允许差异沉降和附加弯矩的分布规律，提出评价隧道结构安全性的差异沉降的量化控制条件。 5.利用现有的监测资料，对上海地铁1号线运营10多年来隧道差异沉降的实测数据进行了分析，总结了隧道长期沉降的分布规律，分析了引起沉降的各种原因；计算结果和实测数据有一定程度的吻合，证明了理论分析方法的可靠性。 6.结合地铁9号线上穿越工程和地铁7号线下穿越地铁1号线工程实例，对卸载和施工扰动引起的已建隧道隆沉变形进行了预测。提出了减小和预防隧道差异沉降的工程措施和施工方案优化建议，为上述两近距离穿越工程成功实施提供技术和理论支持。
作者：	陈越峰
专业：	结构工程
导师：	张庆贺
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学土木工程学院
学位年度：	2008
正文语种：	中文