【硕士】马蹄形地铁隧道40°斜穿地裂缝的变形破坏机理研究【2010】

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内容简介

　　学科专业：结构工程　　授予学位：工学硕士　　学位授予单位：长安大学　　学位年度： 2010年　　地裂缝是一种严重的地质灾害，对于人类的日常生活有着重大的威胁。在我国的古城西安，横穿市区的地裂缝已经达到了14条，这对于正在修建中的西安地铁是一个严峻的考验。然而，国内外的地铁工程的建设史上，并没有在此类场地建设地铁的先例，更没有现成的规范规程可循，所以研究地裂缝对地铁隧道结构的作用机理和破坏模式，选择合理的衬砌结构形式，找出如何保证在地裂缝作用下衬砌结构的整体稳定性的方法，对西安地铁的建设具有一定的工程意义。　　为了研究地铁隧道穿越地裂缝段时，在地裂缝活动时的受力模式及其周围土体的压力的变化形式，课题组利用长安大学的大型沉降试验平台，进行了马蹄形地铁隧道结构穿越地裂缝的物理模型试验。通过试验得到如下一些结论：　　(1)隧道结构穿越地裂缝，当地裂缝的上盘沉降完成时，预设地裂缝扩展，土体顶部出现大量张拉裂缝，张拉裂缝在穿越结构顶部的时候与预设裂缝有较大的夹角，大约在20。左右，也有几条沿纵向扩展的次生裂缝产生，说明结构对裂缝的扩展影响有一定的影响，同时也说明结构有较大的轴向刚度。　　(2)从模型顶面土体变形、结构周围土压力分布、结构应力应变分布、结构裂缝扩展宏观现象观测等综合分析来看，地裂缝的活动对穿越裂缝带的整体式隧道结构的影响范围主要在地裂缝附近两侧，尤其对下盘靠近裂缝带结构的影响最大，在地裂缝带附近结构顶部受拉，底部受压。隧道结构40。斜穿地裂缝时，地裂缝上盘下降将导致结构发生扭转、弯曲、剪切变形破坏。　　(3)跨地裂缝的整体式隧道结构将阻止结构顶部一定范围内的岩土体向下运动，而结构两侧下降的土体对结构顶部的土体将产生向下的拖拽作用，这会极大地增大隧道结构顶部的竖向围岩压力。　　此外，利用有限元软件ANSYS对马蹄形隧道模型进行数值模拟，将数值计算的结果与物理模型试验的结果进行比较，结果显示其位移、应力、应变等变化规律具有一致性。　　

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