【摘要】：隨著城市地下空間的不斷開(kāi)發(fā)和利用,必將出現(xiàn)更多、更復(fù)雜的穿越地下管線的隧道工程。隧道開(kāi)挖改變了管線周圍的地層環(huán)境,影響地下管線的受力狀態(tài)并引起管線變形。管線變形超限將發(fā)生破壞,從而影響城市的生產(chǎn)工作和居民的日常生活。可見(jiàn),降低管線破壞的風(fēng)險(xiǎn)十分重要,而其中核心和關(guān)鍵環(huán)節(jié)是根據(jù)土層變形計(jì)算管線的變形和內(nèi)力。目前,對(duì)于管—土相互作用的理論研究中,均假定管—土始終保持接觸,而且忽略了管線接頭處剛度及轉(zhuǎn)角的不連續(xù)性和管線豎向變形引起的軸向應(yīng)力、應(yīng)變及其不均勻性,這使得管線變形和內(nèi)力計(jì)算方法的準(zhǔn)確性和適用性不足。因此,對(duì)管—土相互作用進(jìn)行理論研究,改進(jìn)既有的管線變形和內(nèi)力計(jì)算方法具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。本文結(jié)合理論分析與有限差分法,分別對(duì)勻質(zhì)管線和帶接頭管線進(jìn)行討論,研究隧道開(kāi)挖影響下的管—土相互作用,對(duì)地層位移引起的管線附加變形計(jì)算中的不足加以改進(jìn),提出了相應(yīng)的計(jì)算方法。本文主要研究成果如下:(1)從大變形理論出發(fā),建立了勻質(zhì)管線的控制微分方程;考慮管線軸力的非均勻性,采用有限差分法對(duì)微分方程進(jìn)行解答,與既有文獻(xiàn)對(duì)比,驗(yàn)證了本文方法的正確性;計(jì)算得到了軸力的分布規(guī)律,分析了差分解與級(jí)數(shù)解間的差異及產(chǎn)生原因,探討了軸力非均勻性對(duì)勻質(zhì)管線變形及內(nèi)力的影響。(2)針對(duì)淺埋地層中剛度較大的勻質(zhì)管線,考慮管—土分離的情況,采用階梯函數(shù),描述管線的脫空,采用有限差分法計(jì)算了管線變形及內(nèi)力,對(duì)比了管線脫空與不脫空兩種情況下管土相互作用的差異。(3)在傳統(tǒng)彈性地基梁微分方程中,引入相當(dāng)荷載;在接頭處增加邊界條件,使相當(dāng)荷載的施加等效于接頭的剛度折減,使接頭產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)角,推導(dǎo)了相當(dāng)荷載與管線豎向位移二階導(dǎo)數(shù)的關(guān)系,建立了帶接頭管線變形的控制微分方程。(4)采用有限差分法對(duì)微分方程進(jìn)行了求解,并以有限元數(shù)值模擬驗(yàn)證了差分方法的正確性;對(duì)多組計(jì)算工況進(jìn)行分析,探究了管線接頭數(shù)量、接頭與隧道開(kāi)挖軸線的相對(duì)位置關(guān)系和接頭剛度對(duì)管線變形、內(nèi)力和接頭相對(duì)轉(zhuǎn)角的影響規(guī)律;認(rèn)為管線接頭在沉降槽中心時(shí),對(duì)帶接頭管線的變形最不利。(5)基于管線接頭的最不利位置,采用單因素分析法,探究了地層因素和管線參數(shù)對(duì)帶接頭管線變形的影響規(guī)律:認(rèn)為地層因素與管線變形主要呈正相關(guān)關(guān)系,管線參數(shù)與管線沉降槽寬度呈正相關(guān)關(guān)系,與管線豎向變形和接頭相對(duì)轉(zhuǎn)角呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU990.3
【圖文】：

人口數(shù)量與日俱增，建設(shè)速度不斷加快，地面空間日都出現(xiàn)了不同程度的交通擁堵、空氣和噪聲污染等問(wèn)題，其中，出，嚴(yán)重影響了城市居民的通勤和日常出行效率，同時(shí)也對(duì)城成阻礙。面對(duì)這一現(xiàn)狀，人們開(kāi)始尋求新的城市發(fā)展思路，通的綜合開(kāi)發(fā)和利用（圖１－１），大力發(fā)展城市地下軌道交通及周

Ｐｅｃｋ（１９６９）［２］分析了大量工程資料和地表丨幾降的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)后，提出＇丨幾降槽體積逡逑與地層損失體積相等的結(jié)論，該結(jié)論的基礎(chǔ)是隧道開(kāi)挖導(dǎo)致地層在不排水的狀態(tài)逡逑下發(fā)生沉降。這一方法假定地表沉降曲線服從正態(tài)分布，如圖１－２所示，而且沿逡逑隧道開(kāi)挖方向的地層損失是均勻的。逡逑在７０－８０年代，劍橋大學(xué)也進(jìn)行了相關(guān)研究，并對(duì)倫敦地鐵的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分逡逑一

（５）管線變形影響參數(shù)分析。采用單因素分析法，研宄并總結(jié)不同參數(shù)對(duì)于逡逑帶接頭管線變形的影響規(guī)律。逡逑本文研宄思路如圖１－３所示。逡逑（邋Ｈ題提出邋＾逡逑、ｉｒ邋．１邋ｎｉ邋ｎＪｉ邋ｎｉ邋Ｊ逡逑＾邐N逡逑杳閱撲整理相關(guān)資料，逡逑總結(jié)Ｗ內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑１邋Ｊ逡逑總結(jié)隧遒汗挖引起地Ｗ變形的ｉｌ算；／逡逑法？選取種作為本文研究ｉｆＨ逡逑邐１邐—邐￣Ｉ邐逡逑幻聰伢線＊形的押論校Ｗ邐帶接頭竹線的押論說(shuō)切逡逑邐邐．邋ｉ．邋：ｆ邐．．丨‘邐‘邐Ｉ．邋ｉ邐＾邐邐逡逑２．邋＾邋％邐．！科．的ｆｖｕｙ：ｒ丨：邐４＇邋ｉ邐Ｔ逡逑１邐Ｌ＿．．．＿．．．．—N■．邐＿．．．—逡逑拽制微分方g髑蠼忮危赍慰刂莆⒎幟順糖蠼忮義稀垮澹。海�，邋．，邋矇灜’邋．：邋＊？逦辶x希觶齲椋停粒齲粒椋荊�，ｎＵd澹椋海剩唬澹卞澹у澹澹澹停體巍梗ж�；：．丨■埼？邋：逦逦辶x希保у危卞危卞危裕у義希鑠衛(wèi)礪鄯治鑾蠼夥椒ǖ難椋椋椋棋危懾�？论分舞庴解方法惦y椋椋媯駑義希希儒遑簦ǎ眨桑哄危儒澹桑齲槎裕椋翦義匣彌使芟弒湫喂姘櫚淖芙徨未泳眉�？蠌s湫喂駟埽桑弊芙徨義�，�?cái)充为��！逦资丨晚％邋ｍｍｍ．ｉｕ逦＾辶x襄五五澹耍潁耄蓿В椋В殄澹遙灣澹澹椋В�，邋｝xⅲ皺

本文編號(hào)：2771955