岩溶与富水砂土组合地层中地铁隧道的变形及受力特性研究

发布时间：2017-04-13 04:22

  本文关键词：岩溶与富水砂土组合地层中地铁隧道的变形及受力特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：岩溶与富水砂土组合地层中修建城市地下轨道交通工程有着极大的风险,盾构隧道的施工和运营过程中都有可能使溶洞顶板坍塌,溶洞的突泥、涌水等事故发生已成为当前最严重的地质灾害之一。在全国各大城市轨道交通日益发展的今天,国内外很多学者对运营期隧道安全问题进行了大量的研究,但对岩溶与富水砂土组合地层中,距运营期间隧道较近且未被揭露的溶洞(称为隐伏溶洞)的影响缺乏系统地研究,因此,建立一个考虑诸多因素相互关联,并且能够适用于岩溶与砂土组合地层中溶洞与隧道结构间岩层的安全预测距离模型显得尤为迫切。本文以广州地铁九号线为依托,主要研究内容包括以下几个方面:1、研究深厚砂层地区溶洞成因的地质地层学规律,归纳总结地铁九号线沿线区域溶洞坍塌的形成条件和致塌机理。2、根据现有的溶洞极限平衡理论,建立溶洞丧失平衡的力学条件和理论模型,从理论上分析溶洞的稳定性和顶板极限承载力。3、结合地铁九号线典型区间的工程案例,分析岩溶与富水砂土组合地层中隧道的变形和内力的变化特点以及分布规律;以溶洞在隧道底部的情况为例,分析溶洞与隧道的安全距离和隧道结构的变形规律,同时采用有限元软件,对所形成的计算模型及其计算程序的可靠性进行验证分析,并修正理论计算模型。4、采用修正后的有限元计算模型,在考虑多因素共同作用的情况下,尽可能真实地模拟运营期间地铁隧道结构及其所处环境,探讨岩溶与富水砂土组合地层中地铁隧道的变形特性和力学行为,并在此基础上分析了岩溶与隧道结构的安全距离。5、根据上述的分析计算结果,对岩溶与富水砂土组合地层中隧道安全运营期间可能遇到的不利状况进行分析,并结合目前岩溶处理的相关工艺方法,提出相应地预防措施、治理措施和抢险措施。
【关键词】：岩溶 富水砂土 地铁隧道 变形特性 力学行为 安全距离 治理措施
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U231;U451
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第一章 绪论15-30
• 1.1 研究背景及意义15-19
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势19-27
• 1.2.1 岩溶塌陷机理的研究现状19-21
• 1.2.2 溶洞及隧道围岩稳定性的研究现状21-23
• 1.2.3 溶洞与隧道间安全距离的研究现状23-25
• 1.2.4 砂层中隧道变形特性及力学行为的研究现状25-27
• 1.3 当前研究存在的主要问题27-28
• 1.4 本文主要研究内容与方法28-30
• 1.4.1 主要研究内容28-29
• 1.4.2 主要研究方法29-30
• 第二章 岩溶发育的规律及对既有地铁隧道的影响分析30-41
• 2.1 岩溶发育机制30-31
• 2.2 岩溶的分类31-34
• 2.2.1 按溶洞充填方式分类31
• 2.2.2 按溶洞形态及规模大小分类31-32
• 2.2.3 按充填物的性质分类32
• 2.2.4 按岩溶的涌水量分类32-33
• 2.2.5 按地质构造特征分类33-34
• 2.3 岩溶塌陷原因分析34-39
• 2.3.1 可溶性岩溶发育34-35
• 2.3.2 地质构造和溶洞顶板厚度35-36
• 2.3.3 岩溶水活动36-38
• 2.3.4 地震和振动38-39
• 2.4 岩溶与富水砂土组合地层中隧道安全性的影响分析39-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 富水砂层地区岩溶塌陷及隧道安全距离分析41-59
• 3.1 岩溶塌陷的力学条件41-42
• 3.2 岩溶塌陷的极限平衡公式42-45
• 3.3 岩溶内部塌陷对隧道的影响分析45-50
• 3.3.1 溶洞围岩次生应力分析45-48
• 3.3.2 溶洞发育引起的隧道变形48-50
• 3.4 岩溶坍塌引起的地表塌陷分析50-52
• 3.5 溶洞与既有隧道安全距离理论分析52-56
• 3.5.1 上部溶洞对隧道安全距离理论分析52-53
• 3.5.2 侧部溶洞对隧道安全距离理论分析53-54
• 3.5.3 底部溶洞对隧道安全距离理论分析54-56
• 3.6 岩溶与富水砂土组合地层中隧道变形分析56-58
• 3.7 本章小结58-59
• 第四章 广州地铁九号线岩溶与砂土组合地层中溶洞与隧道安全距离及地表沉降计算分析59-71
• 4.1 广州地铁九号线工程特点介绍59-64
• 4.1.1 工程概况59
• 4.1.2 自然地理环境59-61
• 4.1.3 工程地质条件61-62
• 4.1.4 地质构造62-63
• 4.1.5 不良地质现象63-64
• 4.2 广州地铁九号线沿线周边岩溶与砂土组合地层发育特点64-66
• 4.3 岩溶与富水砂土组合地层中溶洞与隧道安全距离及变形实例分析66-68
• 4.4 计算结果的对比与验证68-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 岩溶与富水砂土组合地层中地铁隧道的变形及受力特性有限元分析71-100
• 5.1 MIDAS/GTS有限元软件简介71-72
• 5.2 有限元基本理论72-77
• 5.2.1 初始应力计算72
• 5.2.2 本构模型72-75
• 5.2.3 接触单元75
• 5.2.4 模拟单元的选择75-76
• 5.2.5 水-土相互作用机理76-77
• 5.3 溶洞与既有隧道结构间岩层失稳判别依据77-78
• 5.4 岩溶与砂土组合地层中溶洞对既有隧道的影响78-82
• 5.4.1 实体应力场分析79-80
• 5.4.2 隧道结构管片位移分析80-81
• 5.4.3 隧道结构管片应力场分析81
• 5.4.4 地表沉降分析81-82
• 5.5 底部溶洞与既有隧道间距的变化对隧道安全性的影响82-88
• 5.5.1 隧道结构管片位移分析82-84
• 5.5.2 隧道结构管片弯矩分析84-87
• 5.5.3 地表沉降分析87-88
• 5.6 地下水位的变化对既有隧道安全性的影响88-94
• 5.6.1 隧道结构管片位移分析88-90
• 5.6.2 隧道结构管片弯矩分析90-93
• 5.6.3 地表沉降分析93-94
• 5.7 底部溶洞大小的变化对既有隧道安全性的影响94-98
• 5.7.1 隧道结构管片位移分析94-95
• 5.7.2 隧道结构管片弯矩分析95-97
• 5.7.3 地表沉降分析97-98
• 5.8 本章小结98-100
• 第六章 富水砂土地区岩溶处理措施100-105
• 6.1 富水砂土地区岩溶治理原则100
• 6.2 岩溶注意事项及处理措施100-103
• 6.3 溶洞处理工程质量检测及应急措施103
• 6.4 本章小结103-105
• 第七章 结论与展望105-108
• 7.1 结论105-106
• 7.2 展望106-108
• 参考文献108-115
• 附录A 攻读硕士学位期间发表学术论文情况115-116
• 附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目116-117

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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  本文关键词：岩溶与富水砂土组合地层中地铁隧道的变形及受力特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：302803