地鐵振動(dòng)對(duì)隧道周?chē)浾惩廖⒔Y(jié)構(gòu)影響及動(dòng)力特性研究.pdf

1、近年來(lái)，各大城市為了疏散人流、解決交通擁擠而大力興建地鐵工程，由此而引發(fā)的工程環(huán)境問(wèn)題也越發(fā)明顯，特別是軟土地區(qū)投入運(yùn)營(yíng)的地鐵隧道軸線(xiàn)變形和地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題已經(jīng)引起政府部門(mén)和工程技術(shù)人員的高度關(guān)注。上海地鐵隧道及其周?chē)h(huán)境的監(jiān)測(cè)情況表明，上海投入運(yùn)營(yíng)的幾條地鐵隧道全線(xiàn)發(fā)生軸線(xiàn)變形和地面沉降，在地鐵一號(hào)線(xiàn)某區(qū)段隧道軸線(xiàn)沉降量已超過(guò)25cm，造成地鐵隧道管片破裂、滲水、漏泥等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了地鐵的正常運(yùn)營(yíng)。由于地鐵隧道軸線(xiàn)變形誘發(fā)的地

2、面沉降，還引起地鐵線(xiàn)路周?chē)恍┓课莸牡鼗冃?、上部結(jié)構(gòu)丌裂等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)當(dāng)前在地鐵行車(chē)振動(dòng)荷載的作用下，隧道周?chē)浾惩翆又休S線(xiàn)變形與地面沉降的問(wèn)題，開(kāi)展了地鐵行車(chē)振動(dòng)荷載對(duì)隧道周?chē)浾惩恋奈⒔Y(jié)構(gòu)影向及動(dòng)力特性研究。通過(guò)在地鐵隧道現(xiàn)場(chǎng)鉆孔測(cè)試、室內(nèi)多功能循環(huán)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)(GDS)、電子掃描電鏡(SEM)和壓汞試驗(yàn)等定性、定量的研究方法，對(duì)飽和軟粘土的動(dòng)力特性及在振動(dòng)前后其微觀結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行了定性與定量的研究，將微觀

3、結(jié)構(gòu)變化與宏觀變形進(jìn)行了耦合分析。并在現(xiàn)有的瞬態(tài)動(dòng)力有限元分析方法的基礎(chǔ)上塒其進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，建立了模擬地鐵列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)隧道周?chē)馏w的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算機(jī)三維有限元模型。最終得出一些有價(jià)值的結(jié)論和成果： 1．地鐵列車(chē)駛過(guò)時(shí)引起的隧道周?chē)馏w的響應(yīng)頻率有兩個(gè)，高頻‰2.4～2.6Hz，低頻n 0.4～0.6 Hz。 2．循環(huán)三軸試驗(yàn)表明，地鐵行車(chē)荷載下隧道周?chē)紫端畨毫υ鲩L(zhǎng)趨勢(shì)可分為三個(gè)明顯的階段。并由此得出上海地區(qū)飽和軟粘土在地

4、鐵行車(chē)荷載作用下的孔隙水壓力增長(zhǎng)模型。 3．在循環(huán)三軸試驗(yàn)中，軸向應(yīng)變?cè)诩虞d丌始后并沒(méi)有立即增加，而是發(fā)生朋顯的回彈現(xiàn)象，其性狀與砂土的剪脹性十分相似，并且隧道側(cè)壁深度處的變形相對(duì)較小，而隧道底部的軸向應(yīng)變曲線(xiàn)的回彈階段非常短暫，而后立即進(jìn)入塑性變形階段，并產(chǎn)生較大的軸向變形。 4．計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料較好吻合，保證了計(jì)算結(jié)果的可靠性。 5．上海地區(qū)第④層淤泥質(zhì)軟粘土主要存在絮凝結(jié)構(gòu)、蜂窩-絮凝結(jié)構(gòu)，

5、結(jié)構(gòu)單元多為薄片狀，容易形成淤泥質(zhì)土高孔隙比的架空結(jié)構(gòu)。 6．在振動(dòng)過(guò)程中，土結(jié)構(gòu)單元有壓密趨勢(shì)，但會(huì)形成更多的架空結(jié)構(gòu)。在循環(huán)應(yīng)力比較高的情況下，隨著振次的持續(xù)增加，原先有壓密趨勢(shì)的各結(jié)構(gòu)單元中尚未牢固的單元將會(huì)出現(xiàn)滑移、錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。 7．上海地區(qū)原狀飽和軟粘土的孔隙以大孔為主，且在進(jìn)汞過(guò)程中存在“瓶頸”效應(yīng)(ink-bottle effect)。 8．利用分形理論對(duì)飽和軟粘土孔隙分布進(jìn)行研究，根據(jù)分形維數(shù)D<,T>與循

6、環(huán)應(yīng)力比CSR的關(guān)系曲線(xiàn)對(duì)其變化規(guī)律進(jìn)行了合理的闡釋。 9．可以預(yù)見(jiàn)，在地鐵運(yùn)營(yíng)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，隧道周?chē)蛙壍赖撞康貙佣紩?huì)存在結(jié)構(gòu)單元之間的壓密過(guò)程，而由于隧道底部承受來(lái)自地鐵的荷載較大，單元之間的錯(cuò)動(dòng)將會(huì)是變形的主要因素，因此，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，隧道周?chē)浾惩恋淖冃稳詫⒗^續(xù)。 10。微觀試驗(yàn)的結(jié)果表明，采用堆砌體模型解釋超低應(yīng)力條件下飽和軟粘土的變形機(jī)制并不恰當(dāng)。 11．關(guān)于進(jìn)一步工作的方向進(jìn)行了簡(jiǎn)要的討論