穿越施工影响下管线变形理论分析与有限差分解
发布时间：2020-07-27 14:18
【摘要】：随着城市地下空间的不断开发和利用,必将出现更多、更复杂的穿越地下管线的隧道工程。隧道开挖改变了管线周围的地层环境,影响地下管线的受力状态并引起管线变形。管线变形超限将发生破坏,从而影响城市的生产工作和居民的日常生活。可见,降低管线破坏的风险十分重要,而其中核心和关键环节是根据土层变形计算管线的变形和内力。目前,对于管—土相互作用的理论研究中,均假定管—土始终保持接触,而且忽略了管线接头处刚度及转角的不连续性和管线竖向变形引起的轴向应力、应变及其不均匀性,这使得管线变形和内力计算方法的准确性和适用性不足。因此,对管—土相互作用进行理论研究,改进既有的管线变形和内力计算方法具有重要的理论价值和实践意义。本文结合理论分析与有限差分法,分别对匀质管线和带接头管线进行讨论,研究隧道开挖影响下的管—土相互作用,对地层位移引起的管线附加变形计算中的不足加以改进,提出了相应的计算方法。本文主要研究成果如下:(1)从大变形理论出发,建立了匀质管线的控制微分方程;考虑管线轴力的非均匀性,采用有限差分法对微分方程进行解答,与既有文献对比,验证了本文方法的正确性;计算得到了轴力的分布规律,分析了差分解与级数解间的差异及产生原因,探讨了轴力非均匀性对匀质管线变形及内力的影响。(2)针对浅埋地层中刚度较大的匀质管线,考虑管—土分离的情况,采用阶梯函数,描述管线的脱空,采用有限差分法计算了管线变形及内力,对比了管线脱空与不脱空两种情况下管土相互作用的差异。(3)在传统弹性地基梁微分方程中,引入相当荷载;在接头处增加边界条件,使相当荷载的施加等效于接头的刚度折减,使接头产生相对转角,推导了相当荷载与管线竖向位移二阶导数的关系,建立了带接头管线变形的控制微分方程。(4)采用有限差分法对微分方程进行了求解,并以有限元数值模拟验证了差分方法的正确性;对多组计算工况进行分析,探究了管线接头数量、接头与隧道开挖轴线的相对位置关系和接头刚度对管线变形、内力和接头相对转角的影响规律;认为管线接头在沉降槽中心时,对带接头管线的变形最不利。(5)基于管线接头的最不利位置,采用单因素分析法,探究了地层因素和管线参数对带接头管线变形的影响规律:认为地层因素与管线变形主要呈正相关关系,管线参数与管线沉降槽宽度呈正相关关系,与管线竖向变形和接头相对转角呈负相关关系。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU990.3
【图文】：
人口数量与日俱增，建设速度不断加快，地面空间日都出现了不同程度的交通拥堵、空气和噪声污染等问题，其中，出，严重影响了城市居民的通勤和日常出行效率，同时也对城成阻碍。面对这一现状，人们开始寻求新的城市发展思路，通的综合开发和利用（图１－１），大力发展城市地下轨道交通及周
Ｐｅｃｋ（１９６９）［２］分析了大量工程资料和地表丨几降的实测数据后，提出＇丨几降槽体积逡逑与地层损失体积相等的结论，该结论的基础是隧道开挖导致地层在不排水的状态逡逑下发生沉降。这一方法假定地表沉降曲线服从正态分布，如图１－２所示，而且沿逡逑隧道开挖方向的地层损失是均匀的。逡逑在７０－８０年代，剑桥大学也进行了相关研究，并对伦敦地铁的观测数据进行分逡逑一
（５）管线变形影响参数分析。采用单因素分析法，研宄并总结不同参数对于逡逑带接头管线变形的影响规律。逡逑本文研宄思路如图１－３所示。逡逑（邋Ｈ题提出邋＾逡逑、ｉｒ邋．１邋ｎｉ邋ｎＪｉ邋ｎｉ邋Ｊ逡逑＾逦N逡逑杳阅扑整理相关资料，逡逑总结Ｗ内外研究现状逡逑１邋Ｊ逡逑总结隧遒汗挖引起地Ｗ变形的ｉｌ算；／逡逑法？选取种作为本文研究ｉｆＨ逡逑逦１逦—逦￣Ｉ逦逡逑幻聪伢线＊形的押论校Ｗ逦带接头竹线的押论说切逡逑逦逦．邋ｉ．邋：ｆ逦．．丨‘逦‘逦Ｉ．邋ｉ逦＾逦逦逡逑２．邋＾邋％逦．！科．的ｆｖｕｙ：ｒ丨：逦４＇邋ｉ逦Ｔ逡逑１逦Ｌ＿．．．＿．．．．—N■．逦＿．．．—逡逑拽制微分方g髑蠼忮危赍慰刂莆⒎帜顺糖蠼忮义稀垮澹。海海澹宀坟澹哄澹垮五义希觯龋椋停粒龋粒椋荆睿睿诲澹椋海剩唬澹卞澹у澹澹澹停体巍梗ж唬海鲥危垮澹哄五五义希保у危卞危卞危裕у义希铄卫砺鄯治銮蠼夥椒ǖ难椋椋椋棋危慑危柯鄯治銮蠼夥椒ǖ难椋椋妫驽义希希儒遑簦ǎ眨桑哄危儒澹桑龋槎裕椋翦义匣弥使芟弑湫喂姘榈淖芙徨未泳眉肯弑湫喂驷埽桑弊芙徨义希敌湮。″巫守恚ュ澹恚恚恚椋蹂危掊义襄五五澹耍颍耄蓿В椋В殄澹遥湾澹澹椋В椋澹龋ⅲ皱
本文编号：2771955
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU990.3
【图文】：
人口数量与日俱增，建设速度不断加快，地面空间日都出现了不同程度的交通拥堵、空气和噪声污染等问题，其中，出，严重影响了城市居民的通勤和日常出行效率，同时也对城成阻碍。面对这一现状，人们开始寻求新的城市发展思路，通的综合开发和利用（图１－１），大力发展城市地下轨道交通及周
Ｐｅｃｋ（１９６９）［２］分析了大量工程资料和地表丨几降的实测数据后，提出＇丨几降槽体积逡逑与地层损失体积相等的结论，该结论的基础是隧道开挖导致地层在不排水的状态逡逑下发生沉降。这一方法假定地表沉降曲线服从正态分布，如图１－２所示，而且沿逡逑隧道开挖方向的地层损失是均匀的。逡逑在７０－８０年代，剑桥大学也进行了相关研究，并对伦敦地铁的观测数据进行分逡逑一
（５）管线变形影响参数分析。采用单因素分析法，研宄并总结不同参数对于逡逑带接头管线变形的影响规律。逡逑本文研宄思路如图１－３所示。逡逑（邋Ｈ题提出邋＾逡逑、ｉｒ邋．１邋ｎｉ邋ｎＪｉ邋ｎｉ邋Ｊ逡逑＾逦N逡逑杳阅扑整理相关资料，逡逑总结Ｗ内外研究现状逡逑１邋Ｊ逡逑总结隧遒汗挖引起地Ｗ变形的ｉｌ算；／逡逑法？选取种作为本文研究ｉｆＨ逡逑逦１逦—逦￣Ｉ逦逡逑幻聪伢线＊形的押论校Ｗ逦带接头竹线的押论说切逡逑逦逦．邋ｉ．邋：ｆ逦．．丨‘逦‘逦Ｉ．邋ｉ逦＾逦逦逡逑２．邋＾邋％逦．！科．的ｆｖｕｙ：ｒ丨：逦４＇邋ｉ逦Ｔ逡逑１逦Ｌ＿．．．＿．．．．—N■．逦＿．．．—逡逑拽制微分方g髑蠼忮危赍慰刂莆⒎帜顺糖蠼忮义稀垮澹。海海澹宀坟澹哄澹垮五义希觯龋椋停粒龋粒椋荆睿睿诲澹椋海剩唬澹卞澹у澹澹澹停体巍梗ж唬海鲥危垮澹哄五五义希保у危卞危卞危裕у义希铄卫砺鄯治銮蠼夥椒ǖ难椋椋椋棋危慑危柯鄯治銮蠼夥椒ǖ难椋椋妫驽义希希儒遑簦ǎ眨桑哄危儒澹桑龋槎裕椋翦义匣弥使芟弑湫喂姘榈淖芙徨未泳眉肯弑湫喂驷埽桑弊芙徨义希敌湮。″巫守恚ュ澹恚恚恚椋蹂危掊义襄五五澹耍颍耄蓿В椋В殄澹遥湾澹澹椋В椋澹龋ⅲ皱
本文编号：2771955
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