冲击荷载作用下桩基对邻近隧道的影响研究

发布时间：2017-06-08 04:06

  本文关键词：冲击荷载作用下桩基对邻近隧道的影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代城市建设与轨道交通的飞速发展,地铁与建筑物建设往往同时进行,相伴而生。建筑物打桩产生的冲击荷载会对隧道的整体结构产生振动变形、应力破坏等不利影响,对地铁的正常运营、生命与财产安全造成了隐患。为了分析打桩作用对隧道的整体结构可能产生的影响,为工程施工、地铁运营等提出可行性建议,本论文主要采用岩石动态过程破裂分析系统RFPA-dynamic,针对实际工程建立数值模型,模拟应力波在介质中传播以及隧道衬砌受应力作用和破坏的过程,从单一均质土层模型以及实际土层模型等多方面出发,讨论了冲击荷载作用下桩基对邻近隧道的应力、振动及变形的影响。具体内容可分为如下几个方面：1.为验证本论文所建立的关于桩基冲击荷载与隧道相互作用模型的可靠性,参照实验具体参数,对已有研究的物理实验进行模拟研究,分析落锤冲击荷载作用下含单侧预制裂纹梁的断裂过程,对比验证数值模型的可行性。2.根据实际地质情况建立单一均质的土体-结构相互作用模型,分别模拟了不同冲击荷载(应力波峰值大小)、不同深度、不同距离条件下打桩对隧道衬砌结构的影响,并比较不同变形模量土层条件下冲击荷载对隧道的影响。通过数值试验分析各位置的应力响应特征,识别隧道的不利影响区域,并总结衬砌结构可能的破坏形式。3.按照实际工程地质条件建立数值模型,研究不同岩土层交界处应力波的反射和非均质土体对应力波的散射作用,分析隧道衬砌结构对在不同冲击荷载、不同深度、不同距离下打桩的动力响应,并与单一均质土层模型进行比对,综合分析应力、振速等结果,为实际工程提出参考性建议。通过综合分析均质土体模型与实际工程中的数值模拟结果,研究表明：衬砌结构靠近桩位一侧的上1/4弧段受冲击作用最明显；打桩能量越大,应力波峰值越高,衬砌结构单元应力响应越明显,振动速度及位移越大,越容易受到破坏；当桩底与隧道中心相对距离比较近时,对衬砌结构的冲击影响最为不利,而当桩底已超过隧道埋深,打桩冲击作用对隧道衬砌作用逐渐减弱；打桩与隧道间隔距离越远,应力波衰减越大,对隧道衬砌影响越小。此外,还发现打桩深度较浅且有多种土层交界面存在的条件下,应力波在土体与空气交界面、不同土层交界面发生反射,与直接传递的应力波叠加可能对隧道衬砌造成更不利的冲击影响；土层变形模量越大,应力波传递速度越快,而损耗能量越小,对于邻近隧道的冲击作用越明显。通过研究施工过程中打桩对邻近地铁隧道的影响分析,对于地铁隧道的设计及施工、地铁运输的运营、地铁日常的监测维护、工程建设施工安全管理都具有十分重要的应用价值。
【关键词】：打桩 落锤实验 冲击荷载 隧道 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U456.3;TU473.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题的理论意义与应用价值10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 冲击荷载作用下脆性材料特性研究11-12
• 1.2.2 冲击荷载作用对地下构筑物的影响研究12-13
• 1.2.3 预制桩打桩过程研究13-14
• 1.2.4 应力波传播规律研究14-15
• 1.3 本文研究内容15-16
• 2 数值试验方法与打桩作用基础理论16-23
• 2.1 RFPA2D-Dynamic介绍16-18
• 2.2 桩锤对桩的冲击作用模型18-20
• 2.2.1 冲击荷载特性18
• 2.2.2 冲击荷载的数学表达18-20
• 2.3 应力波在介质中的传播理论20-23
• 2.3.1 应力波的传递20-21
• 2.3.2 应力波的衰减21-23
• 3 含单侧预制裂纹梁的冲击试验的数值模拟验证23-32
• 3.1 引言23
• 3.2 数值模型23-25
• 3.3 模拟结果及裂纹扩展分析25-29
• 3.4 数值模拟与物理实验比对29-30
• 3.5 本章小结30-32
• 4 均质土体中打桩对邻近地铁隧道影响的数值模拟32-60
• 4.1 引言32
• 4.2 数值模拟计算模型32-34
• 4.2.1 模型尺寸与参数32-34
• 4.2.2 界面处理34
• 4.2.3 加载形式34
• 4.3 数值模拟结果及分析34-58
• 4.3.1 隧道衬砌截面不利影响区域分析35-42
• 4.3.2 打桩能量对隧道的影响分析42-47
• 4.3.3 桩基深度对隧道的影响分析47-51
• 4.3.4 桩基距离对隧道的影响分析51-57
• 4.3.5 土体参数对冲击作用的影响分析57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 5 实际工程中打桩对邻近地铁隧道影响的数值模拟60-78
• 5.1 工程概况60-61
• 5.2 计算模型61-63
• 5.3 数值模拟结果及分析63-75
• 5.3.0 隧道衬砌截面不利影响区域分析64-66
• 5.3.1 打桩能量对隧道的动力响应分析66-69
• 5.3.2 桩基深度对隧道的动力响应分析69-71
• 5.3.3 桩基距离对隧道的动力响应分析71-74
• 5.3.4 工程模型与理想模型对比分析74-75
• 5.4 工程风险分析及相关技术对策75-77
• 5.5 本章小结77-78
• 结论78-80
• 参考文献80-82
• 致谢82-83

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 闫治国;朱合华;张建军;;火灾对隧道衬砌结构的损害及防范措施研究[J];地下空间与工程学报;2006年04期

2 姜舜华;隧道衬砌结构的概率有限元分析[J];兰州铁道学院学报;1995年01期

3 王建宇,胡元芳;对岩石隧道衬砌结构防水问题的讨论[J];现代隧道技术;2001年01期

4 赵万强;隧道衬砌结构可靠性设计浅论[J];铁道工程学报;2002年04期

5 温树林;元磨高速公路隧道衬砌结构质量检测与控制[J];云南交通科技;2003年01期

6 孙富学;梁本亮;;隧道衬砌结构耐久性寿命影响因素敏感性分析[J];地下空间与工程学报;2006年02期

7 章元爱;;铁路客运专线新型隧道衬砌结构的模型试验研究[J];四川建筑;2006年06期

8 赵尚毅;郑颖人;宋雅坤;郑宏录;;地下隧道衬砌结构内力计算方法探讨[J];后勤工程学院学报;2007年04期

9 招国忠;谭忠盛;曾磊;朋改非;;龙头山隧道衬砌结构耐久性试验分析[J];混凝土;2007年09期

10 闫治国;朱合华;;隧道衬砌结构火灾安全及高温力学行为研究[J];地下空间与工程学报;2010年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 闫治国;朱合华;;隧道衬砌结构耐火性能试验方法研究[A];面向低碳经济的隧道及地下工程技术——中国土木工程学会隧道及地下工程分会隧道及地下空间运营安全与节能环保专业委员会第一届学术研讨会论文集[C];2010年

2 王华牢;刘学增;李宁;谢东武;;纵向裂缝隧道衬砌结构的安全评价与加固研究[A];第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年

3 陶伟明;;高水位富水隧道衬砌结构设计刍议[A];铁路长大隧道设计施工技术研讨会论文集[C];2004年

4 孙兆海;;隧道衬砌结构防火设计探讨[A];2012中国消防协会科学技术年会论文集（下）[C];2012年

5 宋玉香;景诗庭;张彦兵;;含有相关随机变量的隧道衬砌结构随机有限元分析[A];矿井建设与岩土工程技术新发展[C];1997年

6 李忠友;刘元雪;刘树林;谭仪忠;葛增超;;火灾作用下隧道衬砌结构变形理论分析模型[A];第3届全国工程安全与防护学术会议论文集[C];2012年

7 朱苦竹;庄宁;;滑坡与隧道相互作用实例监测分析[A];第19届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）[C];2010年

8 廖少明;侯学渊;彭芳乐;;软土隧道纵向剪切传递效应的三维数值模拟分析[A];东北岩石力学与工程分会学术讨论会论文集[C];2005年

9 鲁亮;欧阳冬;兰学平;;上海长江隧道衬砌结构整环试验研究[A];第17届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）[C];2008年

10 王伟民;;火灾作用下隧道衬砌结构的力学性能分析[A];2012中国消防协会科学技术年会论文集（上）[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 特约记者 赵建平;天定高速公路全线贯通[N];天水日报;2011年

2 徐琳;建立功业于求实创新、攻坚克难之中[N];建筑时报;2011年

3 中国土木工程学会 詹天佑土木工程科技发展基金会主办;中国土木工程科技创新最高奖——詹天佑大奖[N];中国建设报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 滕宏伟;隧道特殊大变形段初支开裂机理及二次衬砌结构可靠度研究[D];重庆大学;2008年

2 张素磊;隧道衬砌结构健康诊断及技术状况评定研究[D];北京交通大学;2012年

3 孙富学;海底隧道衬砌结构寿命预测理论与试验研究[D];同济大学;2007年

4 朱苦竹;边坡与隧道相互作用分析及数学二次规划法应用[D];同济大学;2007年

5 牛泽林;基于可靠度理论的黄土隧道衬砌结构安全评价与分析方法[D];长安大学;2012年

6 王建炜;列车-隧道动力耦合系统数值模拟方法及应用[D];上海交通大学;2012年

7 皇民;浅埋双洞隧道地震动力响应研究[D];西南交通大学;2009年

8 王晓明;高速公路服役隧道结构可靠性分析与后评估研究[D];东北大学;2008年

9 王戍平;破碎围岩隧道的模拟试验研究[D];浙江大学;2004年

10 刘福胜;基于流固耦合及复变函数分析的隧道渗流问题研究[D];华南理工大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈小雨;隧道结构开裂病因力学正演分析[D];西南交通大学;2015年

2 陈明奎;强震作用下拱顶背后空洞对隧道结构稳定性影响分析[D];西南交通大学;2015年

3 鲁金铭;新大成隧道基底脱空病害区动力特性分析及注浆加固研究[D];长安大学;2015年

4 胡豹;地铁车辆—隧道动力非线性耦合系统数值模拟方法与应用[D];上海交通大学;2015年

5 卢颖明;宜万铁路石院子隧道病害成因及整治措施优化研究[D];中国铁道科学研究院;2011年

6 张博华;强震区临近空洞隧道地震动力响应特性研究[D];西南交通大学;2016年

7 王平;LNG工艺隧道结构灾害力学行为研究[D];西南交通大学;2016年

8 霍建勋;高速公路隧道火灾温度场分布规律及安全性研究[D];西南交通大学;2016年

9 申家瑞;公路隧道抗震与减震措施研究[D];西安建筑科技大学;2016年

10 昝彪;爆破振动作用下空洞对隧道衬砌结构的影响研究[D];西安科技大学;2015年

  本文关键词：冲击荷载作用下桩基对邻近隧道的影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：431293