佛山软黏土地层盾构隧道外荷载分布规律的研究

发布时间：2020-08-11 21:25

【摘要】：佛山地区地处近海沉积软黏土层,盾构隧道在穿越这种地层时会承受极其复杂的荷载,由于软黏土复杂的工程特性难以在隧道上方地层形成拱效应使隧道承受的荷载多半是上覆土体的重量,因此在设计工作中准确分析出衬砌结构承受的荷载种类极其大小是确保施工安全及结构寿命的关键所在。我国设计工作者惯用的方法是采用竖直荷载均匀分布,水平荷载呈线性分布的计算模型做结构的内力计算,然而随着地下工程的大力发展我国的工程建设逐步挑战各种复杂的地质条件,在此情况下如果还采用现有的计算模型无疑会造成计算的偏差和材料的浪费。为研究佛山特殊地层地质条件下衬砌管片所承受的外荷载分布规律,论文首先从理论的角度出发结合该地区的实际情况综合分析假定四种荷载分布模式,进而通过模型试验模拟原型的受力情况,并结合各分布模式的有限元数值计算进行反分析,根据反分析结果及计算数据提出适合该地层的荷载分布模式。1.基于现有的荷载分布研究及佛山地铁2号线的地质概况,假定四种荷载分布模式:竖直荷载均布与水平荷载线性分布的组合、竖直荷载均布与水平荷载抛物线分布的组合、竖直荷载抛物线与水平荷载线性分布的组合、竖直与水平均为抛物线分布的组合。2.以高岭土和膨润土为主要基材并加入一定比例的黄土和河砂配制人工黏土,最终土工试验结果表明所研制的相似地层土满足相似要求。以石膏作为模型衬砌的相似材料、0.6mm钢丝网模拟配筋通过浇筑的工艺制作模型隧道,压缩试验及模型试验的结果表明其配比及弹性模量能较好的反应原型的力学特性。3.模型试验所监测的内力及土压力总体上近似对称分布,验证了均质圆环模型的力学特性。最大弯矩出现在拱顶为92.4KN·m,最小弯矩于左拱腰处为-39.9KN·m,最大轴力于左下半拱腰为-960KN,最小轴力则为-1275.75KN于右上半部拱腰。将拱顶监测压力作为已知荷载施加在四个模式上,数据显示各模式都与实测内力值存在不同程度的偏差,偏差的幅度则主要受水平荷载分布影响,竖向荷载的分布对其影响稍小。4.通过ABAQUS 14.0有限元软件建立与四种荷载荷载模式对应的计算模型,以试验实测内力为已知量,通过荷载-内力曲线分别反分析出荷载数值并代回到计算模型中计算内力,通过最终的数据对比分析后,认为拱顶均布与水平抛物线分布的组合所得内力与实测值最接近,有利于衬砌材料的合理利用,最符合该地层荷载分布特征。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U231.3;U455.43
【图文】：

简化计算方法荷载分布图

本文研究内容的技术路线图

工程地理位置示意图

【参考文献】

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本文编号：2789580