水侵城市土質(zhì)路基地面塌陷機理的研究.pdf

1、近年來,我國城市道路中發(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。地陷會吞噬來往的人員和車輛,同時還會影響上部結構的安全,造成人員的傷亡和財產(chǎn)的損失。這已引起社會各界的廣泛關注。
　　本文以城市土質(zhì)地層為研究背景,綜合運用相似理論、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系,了解滲流水的流量、管線斷裂間距、沖蝕時間等因素與地下空洞發(fā)展擴張的幾何形狀、尺寸之間的關系,并且

2、探討了道路塌陷的力學機理和影響因素的作用規(guī)律,為以后防治此類災害提供理論基礎和依據(jù)。主要進行了以下工作:
　　首先,通過物理相似試驗,使用半結構模型的試驗方法,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。認為排水管線一般會在地下形成一個較扁平的橢球形空洞,其侵蝕速度最快的時候有近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機理,結合AN SY S有限元技術,分析了地面塌陷時其地表的沉降量、應力和塑性區(qū)分布的情況。主要結論如下:在其他因素不變的情況下,隨著地下空洞的長度的增加,地表的沉降量增加,地表形成的沉陷漏斗也越深,最終在某一長度的時候發(fā)生的整體的塌陷;在數(shù)值模擬中,地下空洞埋深為3m、長度約為15m時出現(xiàn)整體塌陷;本文還認為地面塌陷的主要破壞形式為剪切破壞,整體會呈現(xiàn)一個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,運用數(shù)值模擬和正交試驗的方法,在已知地下空洞(3m埋深)在某一臨界跨度時會發(fā)生整體地面塌陷的情況下,研究了各主要影響因數(shù)的對該臨界埋深的影響。主要結論:影響城市道路塌陷臨界長度的因素中,折減系數(shù)的影響最大,其次為寬長比,最后為高長比;在短邊長度一定的時候,可以認為越是扁平狹長的地下空洞越是容易出現(xiàn)地面塌陷。
　　最后,對比了有硬化層和無硬化層地層條件地面塌陷的情況,得出的主要結論