本文關(guān)鍵詞：巖溶與淤泥組合地層中地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,城市地鐵建設(shè)規(guī)模越來越大,在巖溶和淤泥組合地層中修建地鐵隧道的情況已經(jīng)屢見不鮮。隧道附近存在溶洞時,特別是溶洞塌陷情況下,使得隧道周邊土體的應(yīng)力場和地下水的滲流場發(fā)生流固耦合作用,破壞了其結(jié)構(gòu)的完整性,影響地鐵隧道的正常運營;軟土地層中的地鐵隧道特別是隧道結(jié)構(gòu)下臥層存在一定厚度的淤泥土層時,淤泥的排水固結(jié)會使得隧道結(jié)構(gòu)的曲率半徑、坡度、坡長發(fā)生變化,使得隧道發(fā)生變形,增加作用在隧道結(jié)構(gòu)襯砌管片上的附加應(yīng)力;二者均會使得隧道結(jié)構(gòu)的變形、附加應(yīng)力和彎矩發(fā)生改變,進而影響隧道結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。廣州市正在運營的地鐵2號線、5號線、6號線、8號線等均有穿越石灰?guī)r分布的區(qū)域,巖溶較為發(fā)育,且廣州市屬于珠江三角洲沖洪積平原地貌,淤泥土層等不良地質(zhì)分布較為廣泛。基于此,論文以廣州市地鐵八號線北延段小坪站及附近區(qū)間為研究背景,結(jié)合場地的地質(zhì)勘查資料,有針對性地對巖溶和淤泥組合地層中地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形特性進行研究,分析巖溶和淤泥共同作用下隧道結(jié)構(gòu)襯砌管片的變形、附加應(yīng)力和彎矩的變化情況,并在此基礎(chǔ)上采用大型通用三維有限元分析軟件Midas-GTS為研究手段進行全方位的分析,提出了巖溶和淤泥土的處理措施,主要研究內(nèi)容和研究成果如下:(1)根據(jù)現(xiàn)有的溶洞塌陷理論和溶洞塌陷的極限平衡條件,分析溶洞塌陷的原因、溶洞塌陷的極限狀態(tài)、隧道與溶洞間的安全厚度、溶洞塌陷狀態(tài)下對地鐵隧道結(jié)構(gòu)襯砌管片的影響,并建立巖溶區(qū)溶洞喪失平衡計算模型。(2)根據(jù)現(xiàn)有的淤泥土固結(jié)沉降相關(guān)理論,淤泥土排水固結(jié)基本模型建立隧道底部淤泥土固結(jié)沉降公式,根據(jù)流固耦合的基本原理,分析溶洞存在和隧道底部淤泥土排水固結(jié)共同發(fā)揮作用時對地鐵隧道結(jié)構(gòu)襯砌管片的影響。(3)通過上述巖溶區(qū)溶洞喪失平衡計算模型和淤泥土固結(jié)沉降公式,針對廣州市地鐵八號線北延段小坪站及附近區(qū)間巖溶和淤泥組合地層的實際工程案例,對研究區(qū)隧道結(jié)構(gòu)與溶洞間安全厚度、溶洞塌陷形成的力學(xué)條件,淤泥地層中隧道的變形進行計算,并通過有限元分析對此進行論證。(4)采用大型通用有限元軟件Midas-GTS,確定溶洞塌陷狀態(tài)的判定條件,分析在改變隧道結(jié)構(gòu)底部與溶洞的距離、溶洞直徑兩個變量因子的情況下,地鐵隧道結(jié)構(gòu)襯砌管片的變形、附加應(yīng)力和彎矩的情況,同時考慮地下水位變化時,淤泥土發(fā)生排水固結(jié)情況下對于地鐵隧道結(jié)構(gòu)襯砌管片的影響。(5)根據(jù)上述的綜合分析,對隧道穿過巖溶和淤泥土組合地層這一實際情況,提出相應(yīng)的巖溶處理措施和下臥層淤泥土處理措施。
【關(guān)鍵詞】：溶洞塌陷 淤泥固結(jié) 襯砌管片 有限元模擬 處理措施
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U231;U451
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 研究背景及意義16-18
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-22
• 1.2.1 巖溶發(fā)育機理及特征研究18
• 1.2.2 巖溶坍塌機理研究18-20
• 1.2.3 巖溶對運營隧道的影響研究20-21
• 1.2.4 淤泥土固結(jié)沉降對既有隧道影響的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.3 當(dāng)前研究存在的主要問題22-23
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容23
• 1.5 本文的研究方法與技術(shù)路線23-26
• 1.5.1 研究方法23-24
• 1.5.2 技術(shù)路線24-26
• 第二章 巖溶發(fā)育規(guī)律研究及塌陷原因分析26-35
• 2.1 巖溶的發(fā)育條件26-28
• 2.1.1 巖石的可溶性26-27
• 2.1.2 巖石的透水性27
• 2.1.3 水的流動性和溶蝕能力27-28
• 2.2 溶洞塌陷的原因分析28-31
• 2.2.1 開口巖溶孔隙及發(fā)育程度28-29
• 2.2.2 覆蓋土層厚度、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)29-30
• 2.2.3 地下水特征30-31
• 2.3 溶洞與淤泥組合地層中淤泥固結(jié)的原因分析31-32
• 2.4 溶洞與淤泥組合地層對隧道工程的危害32-33
• 2.4.1 巖溶塌陷對隧道的危害32-33
• 2.4.2 淤泥固結(jié)對隧道的危害33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 第三章 巖溶區(qū)溶洞喪失平衡計算模型分析35-52
• 3.1 巖溶塌陷理論35-37
• 3.1.1 潛蝕論35-36
• 3.1.2 真空吸蝕論36-37
• 3.1.3 壓強差論37
• 3.1.4 失托加荷論37
• 3.2 巖溶塌陷形成的力學(xué)條件分析37-38
• 3.3 巖溶塌陷階段的致塌力學(xué)模型38-43
• 3.4 巖溶塌陷的極限平衡公式43-46
• 3.5 巖溶對地鐵隧道既有結(jié)構(gòu)影響的理論分析46-48
• 3.6 隧道與溶洞間安全厚度計算48-51
• 3.6.1 隧道與溶洞間巖層破壞機理分析48-49
• 3.6.2 隧道與溶洞間安全厚度計算49-51
• 3.7 本章總結(jié)51-52
• 第四章 淤泥土固結(jié)沉降對隧道的變形計算模型分析52-61
• 4.1 固結(jié)沉降相關(guān)理論52-56
• 4.1.1 Terzaghi一維固結(jié)理論52-54
• 4.1.2 Biot固結(jié)理論54-56
• 4.2 基本假設(shè)和基本方程56-57
• 4.2.1 基本假設(shè)56
• 4.2.2 基本方程56-57
• 4.3 模型建立與求解57-59
• 4.4 巖溶隧道流固耦合相互影響分析59-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第五章 廣州地鐵八號線北延段巖溶與淤泥組合地層中既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形特性的有限元分析61-100
• 5.1 工程實例61-70
• 5.1.1 工程概況61-63
• 5.1.2 工程地質(zhì)條件63-67
• 5.1.3 地質(zhì)構(gòu)造67-68
• 5.1.4 不良地質(zhì)現(xiàn)象68-69
• 5.1.5 地下的補給、排泄及動態(tài)特征69-70
• 5.2 溶洞和淤泥的發(fā)育特點介紹70-72
• 5.2.1 溶洞發(fā)育特點介紹70-71
• 5.2.2 淤泥發(fā)育特點介紹71-72
• 5.3 巖溶和淤泥組合地層對地鐵隧道影響的安全距離、力學(xué)條件和變形計算72-74
• 5.3.1 隧道與溶洞間安全厚度計算72-73
• 5.3.2 溶洞塌陷形成的力學(xué)條件計算73-74
• 5.3.3 淤泥地層中隧道的變形計算74
• 5.4 巖溶與淤泥組合地層區(qū)既有隧道結(jié)構(gòu)的有限元模型的建立74-82
• 5.4.1 MIDAS/GTS簡介74-77
• 5.4.2 有限元模型的基本假定和簡化77
• 5.4.3 本構(gòu)模型的選定77-79
• 5.4.4 模型尺寸及材料參數(shù)79-82
• 5.5 溶洞位于地鐵隧道結(jié)構(gòu)底部的數(shù)值模擬分析82-90
• 5.5.1 底部溶洞對圓形隧道的影響82-87
• 5.5.2 溶洞塌陷狀態(tài)的判定87-89
• 5.5.3 溶洞塌陷狀態(tài)分析89-90
• 5.6 不同溶洞直徑塌陷狀態(tài)下對圓形隧道的影響分析90-92
• 5.7 底部溶洞與隧道洞邊距的變化對圓形隧道的影響92-95
• 5.8 淤泥固結(jié)變形對地鐵隧道的影響95-98
• 5.9 本章小結(jié)98-100
• 第六章 巖溶與淤泥組合地層中溶洞和淤泥處理措施100-106
• 6.1 溶洞處理措施100-104
• 6.1.1 剛性嵌巖樁法100
• 6.1.2 不入巖剛性樁墩法100
• 6.1.3 復(fù)合地基法100-101
• 6.1.4 水泥土墩法101
• 6.1.5 巖面注漿法101
• 6.1.6 注漿填充法101-104
• 6.2 隧道下臥層淤泥土處理措施104-106
• 6.2.1 置換法104
• 6.2.2 膠結(jié)法104-106
• 第七章 結(jié)論與展望106-109
• 7.1 結(jié)論106-107
• 7.2 展望107-109
• 參考文獻109-114
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況114-115
• 附錄B 攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項目115

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：巖溶與淤泥組合地層中地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：434841