地鐵隧道基底溶蝕風(fēng)化紅層動(dòng)力特性及長(zhǎng)期沉降變形研究.pdf

1、地基的穩(wěn)定與變形問(wèn)題一直是巖土工程界的主要研究課題之一。隨著城市軌道交通建設(shè)的迅猛發(fā)展，地鐵隧道在投入運(yùn)營(yíng)后，基底變形與穩(wěn)定問(wèn)題已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)研究問(wèn)題。長(zhǎng)沙為紅層覆蓋區(qū)，溶蝕風(fēng)化礫巖層是紅層基巖受風(fēng)化與溶蝕共同營(yíng)力作用下形成的巖層。該種地層具有“分布復(fù)雜，結(jié)構(gòu)松散，巖層強(qiáng)度低”的特點(diǎn)。本文以長(zhǎng)沙地鐵線路中穿越紅層為背景，依托國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目等科研項(xiàng)目，采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析及數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地針對(duì)列車振動(dòng)荷載

2、作用下地鐵隧道基底圍巖的動(dòng)力特性進(jìn)行研究，以解決隧道溶蝕風(fēng)化巖的長(zhǎng)期沉降變形問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容與成果如下:
　　(1)綜合溶蝕風(fēng)化礫巖的巖性組成、地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、場(chǎng)地條件等因素，探討了溶蝕風(fēng)化巖的形成機(jī)理，并依托工程勘察、室內(nèi)試驗(yàn)等方法分析了溶蝕風(fēng)化礫巖對(duì)工程的影響。
　　(2)采用DDS-70動(dòng)三軸試驗(yàn)儀，開展了多因素下:不同動(dòng)應(yīng)力、靜偏應(yīng)力、圍壓、固結(jié)比及荷載頻率工況下溶蝕風(fēng)化巖的室內(nèi)動(dòng)力加載試驗(yàn)，總結(jié)了溶蝕風(fēng)化礫巖的軸向

3、動(dòng)變形發(fā)展規(guī)律，并比較了不同因素的影響程度。試驗(yàn)結(jié)果表明:溶蝕風(fēng)化巖在循環(huán)振動(dòng)荷載下的軸向累積變形受動(dòng)應(yīng)力及靜偏應(yīng)力兩類因素影響較為顯著，并隨著動(dòng)應(yīng)力、靜偏應(yīng)力的提高而增大;累積變形受加載頻率、圍壓、固結(jié)應(yīng)力比等因素影響較小;溶蝕風(fēng)化巖的動(dòng)彈性模量隨應(yīng)變?cè)龃蠖@著減小。
　　(3)基于彈塑性理論和邊界面理論，建立了溶蝕風(fēng)化巖的本構(gòu)方程，推導(dǎo)了相應(yīng)的本構(gòu)積分算法及迭代格式，利用有限差分軟件完成了邊界面模型有限差分計(jì)算程序的二次開發(fā)，

4、并結(jié)合已有的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了模型的有效性。
　　(4)運(yùn)用有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算方法，分別探討了溶蝕風(fēng)化巖在不同行車速度、不同管片厚度、基底不同溶蝕層厚度分布下盾構(gòu)隧道底部的動(dòng)力響應(yīng)特征。結(jié)果表明:地鐵隧道列車振動(dòng)的顯著影響深度約為基底以下4m范圍。
　　(5)依據(jù)提出的沉降預(yù)測(cè)模型研究了盾構(gòu)隧道基底溶蝕風(fēng)化巖的長(zhǎng)期沉降變形問(wèn)題。圍繞盾構(gòu)隧底溶蝕風(fēng)化巖長(zhǎng)期累積變形問(wèn)題進(jìn)行了計(jì)算與研究，分析得出:隧道地基的累積變形隨著列車運(yùn)行速度的增