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原文传递地铁振动对隧道周围软粘土微结构影响及动力特性研究

论文题名：	地铁振动对隧道周围软粘土微结构影响及动力特性研究
关键词：	地铁隧道;轴线变形;地面沉降;动力响应;行车荷载;软粘土;数值模拟
摘要：	近年来，各大城市为了疏散人流、解决交通拥挤而大力兴建地铁工程，由此而引发的工程环境问题也越发明显，特别是软土地区投入运营的地铁隧道轴线变形和地面沉降等环境地质问题已经引起政府部门和工程技术人员的高度关注。上海地铁隧道及其周围环境的监测情况表明，上海投入运营的几条地铁隧道全线发生轴线变形和地面沉降，在地铁一号线某区段隧道轴线沉降量已超过25cm，造成地铁隧道管片破裂、渗水、漏泥等现象，严重影响了地铁的正常运营。由于地铁隧道轴线变形诱发的地面沉降，还引起地铁线路周围一些房屋的地基变形、上部结构丌裂等环境地质问题。本文以此为出发点，针对当前在地铁行车振动荷载的作用下，隧道周围软粘土层中轴线变形与地面沉降的问题，开展了地铁行车振动荷载对隧道周围软粘土的微结构影向及动力特性研究。通过在地铁隧道现场钻孔测试、室内多功能循环三轴试验系统(GDS)、电子扫描电镜(SEM)和压汞试验等定性、定量的研究方法，对饱和软粘土的动力特性及在振动前后其微观结构的变化进行了定性与定量的研究，将微观结构变化与宏观变形进行了耦合分析。并在现有的瞬态动力有限元分析方法的基础上埘其进行进一步改进，建立了模拟地铁列车经过时隧道周围土体的动力响应计算机三维有限元模型。最终得出一些有价值的结论和成果： 1．地铁列车驶过时引起的隧道周围土体的响应频率有两个，高频‰2.4～2.6Hz，低频n 0.4～0.6 Hz。 2．循环三轴试验表明，地铁行车荷载下隧道周围孔隙水压力增长趋势可分为三个明显的阶段。并由此得出上海地区饱和软粘土在地铁行车荷载作用下的孔隙水压力增长模型。 3．在循环三轴试验中，轴向应变在加载丌始后并没有立即增加，而是发生朋显的回弹现象，其性状与砂土的剪胀性十分相似，并且隧道侧壁深度处的变形相对较小，而隧道底部的轴向应变曲线的回弹阶段非常短暂，而后立即进入塑性变形阶段，并产生较大的轴向变形。 4．计算机数值模拟结果与现场监测资料较好吻合，保证了计算结果的可靠性。 5．上海地区第④层淤泥质软粘土主要存在絮凝结构、蜂窝-絮凝结构，结构单元多为薄片状，容易形成淤泥质土高孔隙比的架空结构。 6．在振动过程中，土结构单元有压密趋势，但会形成更多的架空结构。在循环应力比较高的情况下，随着振次的持续增加，原先有压密趋势的各结构单元中尚未牢固的单元将会出现滑移、错动现象。 7．上海地区原状饱和软粘土的孔隙以大孔为主，且在进汞过程中存在“瓶颈”效应(ink-bottle effect)。 8．利用分形理论对饱和软粘土孔隙分布进行研究，根据分形维数D<,T>与循环应力比CSR的关系曲线对其变化规律进行了合理的阐释。 9．可以预见，在地铁运营相当长的一段时间内，隧道周围和轨道底部地层都会存在结构单元之间的压密过程，而由于隧道底部承受来自地铁的荷载较大，单元之间的错动将会是变形的主要因素，因此，在相当长的时间内，隧道周围软粘土的变形仍将继续。 10。微观试验的结果表明，采用堆砌体模型解释超低应力条件下饱和软粘土的变形机制并不恰当。 11．关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。
作者：	张曦
专业：	地质工程
导师：	唐益群;周念清
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文