水侵城市土質(zhì)路基地面塌陷機(jī)理的研究.pdf

1、近年來(lái),我國(guó)城市道路中發(fā)生了多起地面塌陷安全事故,該事故具有突發(fā)性、隱蔽性的特點(diǎn)。地陷會(huì)吞噬來(lái)往的人員和車輛,同時(shí)還會(huì)影響上部結(jié)構(gòu)的安全,造成人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失。這已引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。
　　本文以城市土質(zhì)地層為研究背景,綜合運(yùn)用相似理論、伯努利原理、ANSYS有限元等理論和方法,研究了城市道路下伏空洞與管線滲漏侵蝕之間的關(guān)系,了解滲流水的流量、管線斷裂間距、沖蝕時(shí)間等因素與地下空洞發(fā)展擴(kuò)張的幾何形狀、尺寸之間的關(guān)系,并且

2、探討了道路塌陷的力學(xué)機(jī)理和影響因素的作用規(guī)律,為以后防治此類災(zāi)害提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。主要進(jìn)行了以下工作:
　　首先,通過(guò)物理相似試驗(yàn),使用半結(jié)構(gòu)模型的試驗(yàn)方法,在流量約為230ml/s的情況下,分別研究了排水管線和給水管線在斷裂之后流水侵蝕路基致地下空洞的規(guī)律。認(rèn)為排水管線一般會(huì)在地下形成一個(gè)較扁平的橢球形空洞,其侵蝕速度最快的時(shí)候有近1.7m/h;另一方面,給水管線斷裂之后由于巨大的壓力,往往會(huì)出現(xiàn)大面積地表積水的現(xiàn)象。

3、　　之后,為了解地面塌陷的力學(xué)機(jī)理,結(jié)合AN SY S有限元技術(shù),分析了地面塌陷時(shí)其地表的沉降量、應(yīng)力和塑性區(qū)分布的情況。主要結(jié)論如下:在其他因素不變的情況下,隨著地下空洞的長(zhǎng)度的增加,地表的沉降量增加,地表形成的沉陷漏斗也越深,最終在某一長(zhǎng)度的時(shí)候發(fā)生的整體的塌陷;在數(shù)值模擬中,地下空洞埋深為3m、長(zhǎng)度約為15m時(shí)出現(xiàn)整體塌陷;本文還認(rèn)為地面塌陷的主要破壞形式為剪切破壞,整體會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)圓柱形剪切破壞塌陷面;城市道路塌陷前的征兆表現(xiàn)為地

4、表的位移迅速的發(fā)展和地表裂縫產(chǎn)生。
　　再后,運(yùn)用數(shù)值模擬和正交試驗(yàn)的方法,在已知地下空洞(3m埋深)在某一臨界跨度時(shí)會(huì)發(fā)生整體地面塌陷的情況下,研究了各主要影響因數(shù)的對(duì)該臨界埋深的影響。主要結(jié)論:影響城市道路塌陷臨界長(zhǎng)度的因素中,折減系數(shù)的影響最大,其次為寬長(zhǎng)比,最后為高長(zhǎng)比;在短邊長(zhǎng)度一定的時(shí)候,可以認(rèn)為越是扁平狹長(zhǎng)的地下空洞越是容易出現(xiàn)地面塌陷。
　　最后,對(duì)比了有硬化層和無(wú)硬化層地層條件地面塌陷的情況,得出的主要結(jié)論