地铁盾构隧道在运营期间的变形研究

发布时间：2017-04-03 19:13

  本文关键词：地铁盾构隧道在运营期间的变形研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着城市规模的逐渐扩大,城市人口的持续增加,地面交通变得日益繁忙和拥挤,因此,很多城市的地铁得以迅速发展。然而由此引发的一系列工程问题也引起了国内外专家学者和工程技术人员的高度关注,特别是对沿海软土地区的地铁隧道而言,其在运营过程中产生的长期沉降变形过大是目前该地区存在的主要病害类型之一。本文以盾构隧道为研究对象,采用有限元分析与经验拟合公式相结合的计算方法,结合上海某刚投入试运营盾构隧道区间的实际工况为研究背景,对列车动载作用引起的隧道土体结构长期沉降变形问题进行重点分析,并根据实际情况,研究了盾构隧道在不同工况条件下对其长期沉降变形的影响。本文的具体工作内容：(1)对列车动载作用下盾构隧道长期沉降变形的研究现状及发展趋势进行了较为系统的归纳总结,运用土体塑性力学理论对土体材料的应力应变关系进行了深入地研究分析,结合目前ABAQUS有限元软件中几种常用的本构模型,对其理论推导过程和参数选取意义进行分析,得到各本构模型的限制条件和适用范围。(2)详细介绍了列车振动荷载的产生和作用机理,根据列车振动荷载的特点,对列车轨道相互作用模型进行合理简化,将列车运行时各车轮产生的动载简化为一系列随任意时间变化的竖向集中荷载。结合车辆、轨道的设计参数,运用与不平顺管理标准值相对应的激振力,拟合求出列车振动荷载随时间变化的时程曲线。根据列车在隧道内的实际运行情况,采用合理简化方法模拟列车动载的施加方式和作用时间。(3)针对有关地铁盾构隧道长期沉降模拟计算中存在的不足之处,本文采用ABAQUS有限元软件进行三维建模分析,采用基于各向异性不排水极限强度推导出的经验拟合公式,将用于预测越江公路隧道土体沉降的方法运用于地铁盾构隧道土体沉降变形的模拟计算中。通过对已有实际工程的建模分析,与前人的模拟结果和实际监测数据进行对比,验证了优化方法对模拟结果准确性的提高,并为计算地铁盾构隧道在列车动载作用下的沉降变形问题提供了一个更为合理有效的方法。(4)根据实际工程地质情况,对上海某新投入试运营的地铁盾构隧道区间进行沉降仿真模拟,从隧道下卧层和隧道衬砌管片厚度等因素进行研究,深入分析了其在动载作用下对隧道长期沉降变形的影响。研究表明,由累积塑性变形引起的隧道沉降占其总沉降值的75%左右,且基本上不随衬砌管片厚度和土层条件的变化而改变；相较于衬砌管片厚度因素对隧道沉降变形的影响,软弱下卧层对隧道长期沉降变形的影响更为显著；当隧道土体结构存在软弱下卧层时,其沉降变形速率和沉降变形值都会相应增大,且隧道沉降变形趋于相对稳定所需的时间也会增加。
【关键词】：盾构隧道 长期沉降 列车振动荷载 弹塑性本构模型 有限元分析
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U457;U231.94
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景及研究意义13-15
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势15-19
• 1.2.1 列车振动荷载的研究现状15-17
• 1.2.2 列车振动荷载对既有结构影响的研究现状及发展趋势17-18
• 1.2.3 列车振动荷载对盾构隧道长期沉降变形影响的研究现状18-19
• 1.3 研究中存在的问题19-20
• 1.4 论文的主要研究内容20-21
• 第二章 动载作用下土体的力学变形特性及其本构模型理论21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 动载作用下土体的变形特征21-23
• 2.2.1 滞后性21-22
• 2.2.2 非线性22
• 2.2.3 变形累积性22-23
• 2.3 土体应力应变关系的特性分析23
• 2.4 土体应力与应变的张量及增量分析23-28
• 2.4.1 屈服准则与破坏条件24
• 2.4.2 加载条件与加载准则24-27
• 2.4.3 流动法则27
• 2.4.4 硬化规律27
• 2.4.5 弹塑性本构方程27-28
• 2.5 土体弹塑性本构模型28-34
• 2.5.1 Mohr-Coulomb模型29-30
• 2.5.2 Drucker-Prager模型30-32
• 2.5.3 Clay plasticity模型32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 地铁列车振动荷载的模拟35-43
• 3.1 引言35
• 3.2 列车振动荷载的产生机理35-36
• 3.2.1 轨道不平顺产生列车振动荷载的机理35-36
• 3.2.2 轨道不平顺的分类36
• 3.3 列车振动荷载的简化处理36-37
• 3.4 列车振动荷载的拟合37-40
• 3.5 拟合振动荷载的施加40-41
• 3.6 列车制动力的确定41
• 3.7 本章小结41-43
• 第四章 隧道土体结构三维有限元模拟43-63
• 4.1 引言43
• 4.2 隧道长期沉降的计算方法43-47
• 4.2.1 优化方法44
• 4.2.2 循环累积塑性变形与累积孔压模型的建立44-47
• 4.3 三维有限元模型的建立47-59
• 4.3.1 模型简介48-50
• 4.3.2 模态分析50-52
• 4.3.3 有限元计算52-59
• 4.4 模拟结果对比分析59-61
• 4.4.1 二维有限元模型计算59-60
• 4.4.2 计算结果对比分析60-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第五章 列车动载作用下隧道长期沉降变形研究63-77
• 5.1 引言63
• 5.2 下卧层不同对隧道长期沉降变形的影响研究63-70
• 5.2.1 工程背景及模型简介63-64
• 5.2.2 多孔弹性与修正剑桥模型相关参数64-66
• 5.2.3 隧道土体沉降计算66-69
• 5.2.4 两种工况下模拟结果的对比分析69-70
• 5.3 衬砌管片厚度不同对隧道长期沉降变形的影响研究70-75
• 5.3.1 模型简介70-71
• 5.3.2 隧道土体沉降计算71-72
• 5.3.3 三种工况下模拟结果的对比分析72-75
• 5.4 本章小结75-77
• 第六章 结论77-79
• 6.1 结论77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 作者简介83
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文83-85
• 致谢85

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