交通荷载作用下管线渗漏引起城市路面塌陷问题研究

发布时间：2020-09-28 21:22

　　近年来,城市道路路面塌陷事故频繁,例如,郑州西三环快速路辅路就在短短八个月的时间里发生了多达18次道路塌陷事故。道路塌陷事故不仅仅损坏城市路面结构,还对周边建筑及市民生命财产安全造成严重的威胁,引起强烈的负面社会影响。因此,城市路面塌陷的预测及修复已成为社会各界关注的热点之一。本文采用室内模型试验和数值模拟方法,研究了交通荷载作用下管线渗漏引起地下空洞的形成和发育过程,分析了地下空洞上覆土层厚度、尺寸对城市路面稳定性的影响。主要进行了以下几个方面的研究:(1)以郑州地区为背景,通过液塑限试验、击实试验、比重试验等室内土工试验得出郑州粉土的物理力学参数;采用动三轴试验,研究了郑州粉土模量随累积轴向应变变化的规律,给出郑州粉土的模量衰减公式。(2)设计了管线渗漏引发道路塌陷的室内模型试验方案,制作了可视化半结构模型装置,并给出详细的室内试验方案,分别考虑荷载类型、管线埋深、管线与流失通道间距、管线与流失通道相对位置等因素的影响,研究管线渗漏引发地下空洞的发育、扩展机理。(3)模型试验结果表明:相比于单独静荷载作用,增加动荷载会延缓达到最终破坏的时间;动荷载值较小时,对管线上层土体有振密压实作用,增加路基的稳定性;动荷载值较大时,会加快裂缝的扩展,更易导致地面塌陷事故。管线与下部流失通道距离的增加会延缓破坏时间,扩大破坏面,空洞延伸到地表的几率也随之增加。增加管线埋深可以减小荷载对地下空洞的扰动,地下空洞发育缓慢,稳定性更好,地表沉降也较小。当流失通道形成晚于管线渗漏时,土体的浸湿范围扩大,土体自重荷载增加,强度和变形模量减小,形成的空洞尺寸扩大,地表沉降值增加,地表更易发生塌陷事故。(4)采用USDFLD用户子程序对ABAQUS进行二次开发,引入土体模量随动荷载作用的衰减模型,建立下伏地下空洞道路的有限元模型,研究荷载类型、空洞上覆土层厚度及空洞尺寸对路面稳定性的影响。结果表明:路面变形较大时,应考虑交通荷载的动力效应;道路稳定性随空洞上覆土层厚度的增加而增大,最终趋于平稳;路面沉降随空洞高度和跨度的增加而增加,到达某个临界点后,沉降值会陡然增加,路面出现破坏趋势。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U418.6
【部分图文】：

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图 1.1 路面塌陷引起车辆侧翻图 1.2 路面塌陷导致交通管制图 1.3 中原路路面塌陷图 1.4 路面塌陷后暴露出的管线城市路面塌陷事故的不断发生，究其原因，主要是没有从根本上认识诱发城市路面塌陷的原因、地下土洞的形成机理及演化规律。一方面，无法针对城市路面塌陷事故的发生做好相应的预防措施；另一方面，事故发生后，也没有一个及时、良好的应对机制。目前对城市路面下空洞形成的机理、发展规律尚

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2图 1.3 中原路路面塌陷图 1.4 路面塌陷后暴露出的管线城市路面塌陷事故的不断发生，究其原因，主要是没有从根本上认识诱发城市路面塌陷的原因、地下土洞的形成机理及演化规律。一方面，无法针对城市路面塌陷事故的发生做好相应的预防措施；另一方面，事故发生后，也没有一个及时、良好的应对机制。目前对城市路面下空洞形成的机理、发展规律尚没有形成很完整的理论体系，且大都没有考虑到交通动载的影响。因此，很有必要对交通荷载作用下管线渗漏引起的路面塌陷问题进行详细研究。1.2 城市路面塌陷原因的分析通过对郑州地区路面塌陷相关资料、新闻的整理，列出郑州市 2014~2016年部分城市路面塌陷事故，如表 1.1 所示。从表中可以发现，引发城市路面塌陷的主要因素有以下几种：有水管线的破裂、雨水冲刷，流失通道的存在，路基

【参考文献】