青島地區(qū)粉質(zhì)粘土動(dòng)力特性及其與地鐵隧道結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)研究.pdf

1、近十多年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，城市人口、城市交通地域規(guī)劃和城市生態(tài)環(huán)境都面臨巨大的壓力。在大力改善地面交通的同時(shí)，城市地下空間的開發(fā)和利用已成為眾所關(guān)心的熱點(diǎn)。
　　本文以青島正在興建的地鐵為研究對象。青島地鐵在地下穿越不同的地質(zhì)土層，其中擬建的地鐵一號(hào)線在城陽區(qū)出現(xiàn)穿越第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土層(Q3al+pl)段。我們通過對青島第四系沖洪積粉質(zhì)粘土進(jìn)行室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)，研究其動(dòng)力特性。在試驗(yàn)得到第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘

2、土相應(yīng)動(dòng)參數(shù)的基礎(chǔ)上，對青島地區(qū)穿越第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土地質(zhì)類型的三種不同形狀地鐵隧道，應(yīng)用ANSYS軟件對其進(jìn)行動(dòng)響應(yīng)分析。主要研究內(nèi)容及其研究成果有:
　　1.青島地區(qū)第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土動(dòng)力特性的研究。對青島地鐵線路下的第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土進(jìn)行室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)，得到該土的動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、動(dòng)彈性模量與圍壓的關(guān)系、動(dòng)剪切模量與動(dòng)剪應(yīng)變的關(guān)系、初始動(dòng)彈性模量Ed0的取值范圍、起始動(dòng)剪切模量Gd0和最大動(dòng)剪應(yīng)

3、力τy與軸向固結(jié)應(yīng)力的關(guān)系、阻尼比與軸向固結(jié)應(yīng)力的關(guān)系及阻尼比的取值范圍等一系列動(dòng)力特性規(guī)律。具體研究成果有:
　　(1)青島標(biāo)準(zhǔn)層序第十一層第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土的動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系符合雙曲線模型，并且動(dòng)彈性模量的倒數(shù)1/Ed和動(dòng)應(yīng)變?chǔ)興之間近似為直線關(guān)系，得到不同圍壓下1/Ed和εd的擬合直線關(guān)系式。
　　(2)土的動(dòng)彈性模量隨動(dòng)應(yīng)變的增大而減小，隨圍壓的增大而增大。土的動(dòng)剪切模量隨動(dòng)剪應(yīng)變的增大而減小。得到初始動(dòng)彈

4、模Ed0的取值范圍為31-48MPa。
　　(3)發(fā)現(xiàn)土的起始動(dòng)剪切模量Gd0和最大動(dòng)剪應(yīng)力τy與軸向固結(jié)應(yīng)力間均有良好的冪函數(shù)關(guān)系，并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到冪函數(shù)關(guān)系式:Gd0=1.19(Kcσ3c)0.483，τy＝1.304(Kcσ3c)0.582。
　　(4)固結(jié)圍壓σ3和固結(jié)比Kc對阻尼比的影響較小，阻尼比隨剪應(yīng)變?chǔ)胐的增大而逐漸減小，且當(dāng)γd接近0.002時(shí)阻尼比穩(wěn)定于0.01。
　　2.介紹動(dòng)力有限元法分析

5、地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力問題的理論和模擬計(jì)算步驟以及ANSYS基于有限元理論的彈塑性DP模型。
　　3.確定列車振動(dòng)荷載。根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有研究成果用人工激勵(lì)函數(shù)來模擬列車振動(dòng)荷載，得到列車振動(dòng)荷載隨時(shí)間變化的時(shí)程曲線。
　　4.在大型通用有限元分析軟件ANSYS上建立三種不同形狀隧道結(jié)構(gòu)動(dòng)力有限元模型，應(yīng)用粉質(zhì)粘土動(dòng)力特性試驗(yàn)結(jié)果和青島地鐵1號(hào)線勘察資料，對隧道體系從開挖到施加車輛振動(dòng)荷載進(jìn)行數(shù)值模擬，得到隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和動(dòng)響應(yīng)。通過