增湿条件下大厚度湿陷性黄土地铁隧道受力特性研究

发布时间：2018-05-06 11:19

  本文选题：地铁隧道 + 大厚度湿陷性黄土　； 参考：《长安大学》2017年博士论文

【摘要】：西安市域快速轨道交通临潼线区间湿陷性黄土层达23.2m左右,如何合理处理地铁大厚度湿陷性黄土地层尚缺乏工程经验,存在较大的盲目性,成为困扰黄土地区地铁技术人员的一个技术难题。同时临潼线大厚度湿陷性黄土层呈现中等或严重湿陷等级,地层浸湿后对浅埋暗挖隧道的结构安全性能提出严峻考验。为解决以上问题,论文通过现场浸水试验、离心模型试验,并结合有限元数值仿真分析,研究在不同地基处理深度时,地基湿陷面积(全幅、半幅等)对地基及隧道结构受力变形的影响,预测某湿陷面积发生范围所对应的地基安全处治深度,明确隧道破坏程度和处理深度的关系及规律,制定大厚度湿陷性黄土地基处理的原则。论文首先开展了湿陷性黄土场地对浸水的湿陷规律研究,客观判定沿线黄土场地的湿陷类型、地基湿陷等级、湿陷深度等特征,在浸水试验基础上分析黄土浸水入渗规律。其次,通过改进离心机浸水装置和监测设备,系统进行了浸水条件下湿陷性黄土层对地铁隧道结构影响及增湿条件下大厚度湿陷性黄土地基及其隧道结构的破坏性试验研究,观测地基及隧道结构的变形过程和破坏模式,并分析未处理黄土地基隧道模型的增湿变形受力特征和极限破坏模式,探讨了隧道结构达到极限状态时的强度特性、导致其破坏的主要影响因素并分析其影响规律。再者,以复合地基对剩余湿陷量的抵御能力为主线,结合离心模型试验分析结果,依托大型通用有限元程序系统开展浸水湿陷条件下隧道结构受力分析及地基土压力变化特性的研究。最后,基于西安地铁临潼线工程建设实际,分析在不同地基处理深度时,地基湿陷面积对地基及隧道结构受力变形的影响,预测某湿陷面积发生范围所对应的地基安全处治深度,得出隧道结构发生破坏时人工地基的湿陷面积和合理处治深度的相关规律,制定地铁隧道大厚度湿陷黄土地基的合理处治原则,建立了大厚度湿陷性黄土土层处治厚度和剩余湿陷量控制标准。论文研究成果为依托工程及后续类似工程的设计提供了有利的技术支持。
[Abstract]:The collapsible loess layer in the section of Lintong Line of rapid rail transit in Xi'an is about 23.2m. How to deal with the collapsible loess stratum with large thickness of subway is still lack of engineering experience, and there is more blindness. It has become a difficult technical problem for subway technicians in loess area. At the same time the collapsible loess layer with large thickness in Lintong line is of moderate or severe collapsibility grade. The structural safety performance of shallow buried tunnel is severely tested after the stratum is soaked. In order to solve the above problems, through the field immersion test, centrifugal model test and finite element numerical simulation analysis, the paper studies the settlement area of the foundation at different depth of treatment. The influence of half amplitude on the stress and deformation of foundation and tunnel structure, the safe treatment depth of foundation corresponding to the range of collapsing area is forecasted, and the relation and law of the damage degree and treatment depth of tunnel are made clear. Principles for foundation treatment of collapsible loess with large thickness are formulated. In this paper, firstly, the collapsibility of collapsible loess site is studied, and the types of collapsibility, grade of foundation and depth of collapsibility are determined objectively, and the infiltration law of loess is analyzed on the basis of soaking test. Secondly, through the improvement of centrifuge soaking device and monitoring equipment, the destructive tests of collapsible loess foundation and its tunnel structure with large thickness under the condition of soaking and wetting are carried out systematically, and the influence of collapsible loess layer on the subway tunnel structure under the condition of soaking water is also studied. The deformation process and failure mode of foundation and tunnel structure are observed, and the mechanical characteristics of humidification deformation and ultimate failure mode of untreated loess foundation tunnel model are analyzed, and the strength characteristics of tunnel structure when the tunnel structure reaches the limit state are discussed. The main influencing factors that lead to its destruction and the law of its influence are analyzed. Furthermore, taking the resistance of composite foundation to residual subsidence as the main line, combined with the results of centrifugal model test, Based on the large universal finite element program system, the stress analysis of tunnel structure and the study of soil pressure variation characteristics are carried out under the condition of immersion and collapsibility. Finally, based on the construction practice of Xi'an Metro Lintong Line, the influence of ground collapsing area on the stress and deformation of foundation and tunnel structure is analyzed in different depth of foundation treatment. The safe treatment depth of the foundation corresponding to the occurrence range of the collapsing area is predicted, and the correlation law of the collapsing area and the reasonable treatment depth of the artificial foundation when the tunnel structure is destroyed is obtained. The reasonable treatment principle of the large thickness collapsible loess foundation of the subway tunnel is established, and the control standard of the treatment thickness and the residual collapsibility of the large thickness collapsible loess soil layer is established. The research results of this paper provide favorable technical support for the design of supporting engineering and similar projects.
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U452.11;U451

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