管线渗漏引起非饱和土层软化导致的土层变形及其影响研究

发布时间：2020-07-19 09:50

【摘要】：目前,各大城市普遍面临着地面沉降变形与塌陷问题,作为诱发城市地面变形和塌陷问题的主要原因,管线渗漏引起的非饱和土软化导致的土层变形及其对管线周边既有建(构)筑物安全的影响越来越为人们所重视。本文基于有限元数值模拟方法首先分析管道渗漏过程中土中水体的渗流扩散规律;其次,考虑非饱和土的抗剪强度指标随土体含水量的变化规律,对有限元子程序进行二次开发以实现土体遇水软化目的;最后,通过此方法对管线渗漏引起的土层软化导致的非饱和土层变形与稳定性及其对管线周边既有建(构)筑物安全的影响进行分析。主要研究成果如下:(1)土中水体扩散规律为水体在渗漏压力的作用下从渗漏口逐渐向四周扩散流出且不同的影响因素产生不同时间空间效应。比如:管线不同渗漏位置、不同埋深表现出空间效应;不同渗漏压力、不同土体渗透特性表现出时间效应。(2)通过对有限元软件ABAQUS的USDFLD子程序二次开发实现了土体遇水软化的效果,达到了土体抗剪强度指标按照特定强度公式进行改变的目的,得到了摩擦角随饱和度线性变化、粘聚力随饱和度指数变化的变化关系。(3)土体遇水软化对土层变形影响为:无地表荷载作用情况下,土体软化的影响程度有限,水体入渗还会造成地表一定程度的隆起;有地表荷载作用情况下,土体软化的影响程度明显,随着渗漏的发展,土体中的塑性区不断扩大至贯通。(4)土体软化引起的建筑物不均匀沉降随渗漏时间呈指数变化趋势。分析可知桩基础抵抗沉降变形的能力较好,在无外在扰动影响下,管线渗漏时桩基础较为安全。同样的状况浅基础出现危险的可能性大,文中认为,为预防管线渗漏对浅基础建筑物产生较为严重的破坏应保持建筑物与管线20m的净距比较安全。(5)软化土体对建筑物的影响中,不同影响因素影响程度的表现为:距离管线不同的建筑物距离影响程度桩长(浅基础埋深)影响程度管线埋深影响程度。建筑物的沉降差随建筑物距离管线的距离呈指数变化趋势,随桩长(浅基础埋深)呈线性变化趋势,而管线埋深则只在渗漏前期表现出一定的影响。本文的研究成果有助于分析和认识城市管线渗漏对非饱和土层及周边环境的影响,对城市地面塌陷变形及建(构)筑物沉降变形的认识与研究有重大意义。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU990.3
【图文】：

塌陷事故,排水管线,土体,土层变形

生活中，排水管线渗漏不易为人们所发觉，使得土体长期处于浸泡之中，土逡逑体遇水软化表现出强度降低的趋势，在城市复杂的应力场作用下，使得土体产生逡逑较为明显的变形，对周边既有建（构）筑物的安全产生极大的威胁。图１－２展示了逡逑部分土层变形造成的建筑物破坏。逡逑３逡逑

市政工程,工程进度,日常生活,塌陷事故

（ｃ）邋Ｆｅｎｇｔａｉ，邋Ｂｅｉｊｉｎｇ逦（ｄ）邋Ｘｉｎｙａｎｇ，邋Ｈｅｎａｎ逡逑图１－１地面变形及塌陷事故逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｇｒｏｕｎｄ邋ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｃｏｌｌａｐｓｅ邋ａｃｃｉｄｅｎｔ逡逑除了出现塌陷事故外，土层变形还会给周边既有建（构）筑物带来较大的影逡逑响。生活中，排水管线渗漏不易为人们所发觉，使得土体长期处于浸泡之中，土逡逑体遇水软化表现出强度降低的趋势，在城市复杂的应力场作用下，使得土体产生逡逑较为明显的变形，对周边既有建（构）筑物的安全产生极大的威胁。图１－２展示了逡逑部分土层变形造成的建筑物破坏。逡逑３逡逑

管线,破坏形式,管线分类,用途

按管土相对刚度分类，可以简单分为柔性管线和刚性管线？，按照管线功能分逡逑类可分为地下管道、地下电缆两大类，各种管线按其用途和传输的物质的分类如逡逑图１－３所示Ｗ。在各类管线分类中，不同管线的材质规格用途、受力等方面均存在逡逑较大不同。逡逑５逡逑

【参考文献】