飽和黃土隧道動力響應及穩(wěn)定性變化機理研究.pdf

1、隨著我國西部地區(qū)水利、交通、城市等基礎設施建設發(fā)展,在黃土地區(qū)將有越來越多的軟弱土層淺埋洞室工程。如新近堆積軟弱黃土層中的西安地鐵隧道、南水北調中線穿黃河松散砂土層的輸水隧洞以及西北地區(qū)的公路隧道等。當受到震動荷載作用時,這些飽和軟弱黃土非常敏感,其土骨架結構易遭到擾動而軟化,造成土的動孔隙水壓上升、有效應力降低,促使土的變形發(fā)展,強度降低,甚至發(fā)生液化破壞。地下結構在飽和液化土層中由于超靜孔隙水壓力的作用而上浮,從而對地下結構造成嚴重

2、的破壞,但目前國內外對地震液化引起地下工程災害的研究甚少。 本文主要針對飽和黃土隧道動力響應及穩(wěn)定性問題,基于開挖過程的數(shù)值模擬,對不同圍巖應力場條件下的等效粘彈性動力反應和動孔壓場求解以及上浮力作用下圍巖體彈塑性求解計算,分別對不同應力釋放率、不同地震加速度、不同埋深、不同洞徑條件下隧道洞周孔壓差、孔壓場分布、液化區(qū)域范圍以及上浮位移變化進行研究。針對不同時機支護的隧道成洞開挖模擬,采用具有初始應力的圍巖條件下在隧道周邊上反向

3、施加與初始應力釋放相等的等效節(jié)點力模擬方法,進行了考慮襯砌自重荷載作用條件下地層中帶有孔洞的線彈性數(shù)值求解,分析了開挖過程的位移與應力釋放率關系以及靜應力場對動孔壓發(fā)展和分布的影響。針對飽和黃土圍巖可能存在液化導致洞室結構上浮位移發(fā)展問題,提出了洞室圍巖靜應力場確定、等效粘彈性動力響應與動孔壓場分析、襯砌結構上浮力作用下圍巖彈塑性變形求解的隧道動力上浮位移分析方法。 分析表明,隨著應力釋放率增大,洞頂位移逐漸增長,當應力釋放率大

4、于某值后洞頂位移迅速增大,存在一個臨界值(最大允許釋放率);同一洞徑條件下,埋深越大,最大允許釋放率越大；同一埋深條件下,洞徑越大,最大允許釋放率越小。同一應力釋放率條件下,隨著埋深增大,動孔壓差(洞底與洞頂之差)越大；隨著洞徑增大,動孔壓差也在增大。同一埋深、洞徑條件下,最大允許釋放率越大,洞底與洞頂?shù)目讐翰钤酱?；震動加速度越?洞底與洞頂?shù)目讐翰钤酱?。上述變化?guī)律,針對飽和黃土隧道得到了定量分析,具有實際指導意義。 基于土動