地鐵移動荷載作用下深厚軟土本構(gòu)模型及沉降預(yù)測研究.pdf

1、隨著中國交通建設(shè)的發(fā)展，地鐵成為城市交通最重要的交通工具之一。運營期間，地鐵移動荷載產(chǎn)生振動，導(dǎo)致地鐵隧道軸線變形，沿線地基出現(xiàn)不均勻沉降，進而引起隧道管片開裂、結(jié)構(gòu)裂縫、滲水和地面沉降，影響地鐵的安全運行以及地鐵沿線構(gòu)筑物的正常使用，對周邊環(huán)境造成噪聲污染等一系列不良影響，因此，地鐵振動引起的相關(guān)問題成為軌道交通設(shè)計和運營維護的重要研究課題。鑒于上述問題，需要對地鐵移動荷載作用下深厚軟土的動力特性和沉降規(guī)律進行深入研究，為地鐵工程設(shè)計

2、、建設(shè)和維護提供參考依據(jù)。本文以南京地區(qū)長江漫灘相深厚飽和軟土為研究對象，分析低振幅地鐵移動荷載作用下飽和軟土的蠕變及動力特性，探討深厚軟土地基在地鐵振動荷載下的長期沉降問題，論文主要的研究工作和成果如下:
　　(1)針對不同的動應(yīng)力幅值、有效圍壓、振動頻率、天然含水量、分級加載下變荷載以及變頻率六種影響因素，通過GDS動三軸試驗，分析軟土動力參數(shù)—振次關(guān)系變化規(guī)律，建立動剪切模量隨振次關(guān)系函數(shù);基于擬靜力法，采用Mesri蠕變模

3、型，計算并分析低振幅地鐵振動荷載作用下軟土應(yīng)變—振次關(guān)系的發(fā)展規(guī)律，由試驗分析結(jié)果得出穩(wěn)定振次概念，為預(yù)測長期沉降建立理論基礎(chǔ);同時分析軟土動孔壓發(fā)展規(guī)律。
　　(2)深入分析臨界狀態(tài)土力學(xué)理論的特點及其在動力條件下的局限性，研究塑性本構(gòu)模型與邊界面本構(gòu)模型在本構(gòu)方程上的異同點;結(jié)合地鐵移動荷載低振幅的特點，考慮軟土在長期荷載作用下的蠕變特性，采用擬靜力法，在邊界面本構(gòu)模型中引入Mesri蠕變模型以及Taylor模型，建立考慮時間

4、效應(yīng)邊界面本構(gòu)模型。
　　(3)設(shè)計詳細的計算總體系及各模塊流程圖，分析ABAQUS有限元軟件子程序的編寫原理，利用應(yīng)力積分算法，借鑒阻止應(yīng)變法對前述建立的考慮時間效應(yīng)邊界面本構(gòu)模型進行算法優(yōu)化及程序?qū)崿F(xiàn)，采用本文提出的本構(gòu)模型和南京軟土GDS動三軸試驗獲得的相關(guān)參數(shù)進行數(shù)值模擬計算，對模型參數(shù)的蠕變參數(shù)、臨界狀態(tài)參數(shù)及塑性模量參數(shù)凰進行計算分析，驗證本構(gòu)模型的有效性。
　　(4)結(jié)合試驗與有限元計算分析，提出一種預(yù)測高振次

5、動荷載作用下地基累積變形的冪函數(shù)公式。建立地鐵振動簡化模型，得到地鐵移動荷載—時間關(guān)系;建立地鐵二維有限元模型，嵌入地鐵振動荷載及本構(gòu)模型子程序，設(shè)置粘彈性人工吸收邊界，采用建立的冪函數(shù)公式預(yù)測累積變形，獲得固結(jié)沉降和總沉降，并與實測沉降數(shù)據(jù)進行對比分析，驗證該方法合理、可行。選取沉降量作為評價標準，采用正交法對隧道埋深、時速、軸重三個影響因素進行敏感性分析。同時，建立三維地鐵有限元模型，得到沿縱向、不同水平位置以及不同深度處的沉降量。