地裂缝活动环境下的土层—地铁隧道相互作用数值分析

论文摘要

对西安地裂缝的研究,以往人们把主要精力集中在地裂缝带中主裂缝的形成地层、地质构造背景、成因机制、活动规律等方面,而对次级裂缝的研究甚少,但大量的探槽和钻孔资料表明,在主裂缝之外常常伴生有一条次级裂缝,次级裂缝与主裂缝倾向相反,倾角与主裂缝一样,呈高角度陡立。次级裂缝与主裂缝呈“Y”字型构造,并且在主裂缝的牵动作用下沉降。为探明次级裂缝对西安地铁建设的影响程度,本论文用三维有限元数值模型进行了分析。建立了同时考虑主裂缝和次级裂缝沉降的模型,与只考虑主裂缝沉降的模型进行对比。通过数值分析发现:当主裂缝与次级裂缝距离较近(40—50m)时,结构的竖向相对位移量、纵向应力、竖向剪应力、等效塑性应变和土体的竖向相对位移量,都比只考虑主裂缝的模型略大一些。由于次级裂缝受主裂缝的牵动作用而对结构进行错断,结构底部会较早出现塑性变形,并迅速的向两侧壁扩展,这一过程比只考虑主裂缝的模型开始的早,并且发展迅速。当主裂缝和次级裂缝的距离大于50m时,在进行地铁区间隧道设计时,建议把主次裂缝分别视为独立的地裂缝,依据其各自的沉降量进行相应的区间设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 地裂缝研究现状概述
• 1.1.1 国外地裂缝研究现状
• 1.1.2 国内地裂缝研究现状
• 1.2 西安地裂缝研究现状概述
• 1.2.1 西安地裂缝的研究现状
• 1.2.1.1 西安地裂缝的初步研究阶段
• 1.2.1.2 多角度的调查研究阶段
• 1.2.1.3 地裂缝活动与成灾的监测和勘察
• 1.2.1.4 西安地裂缝的专题研究
• 1.2.2 用数值模拟方法进行西安地裂缝研究的现状
• 1.3 地裂缝研究中存在的问题
• 1.3.1 西安次级地裂缝状况
• 1.3.2 本论文的研究内容及主要工作
• 第二章 西安地裂缝现状分析
• 2.1 概述
• 2.2 西安地裂缝的分布规律
• 2.2.1 平面展布特征
• 2.2.2 剖面结构特征
• 2.3 西安地裂缝的活动特征
• 2.3.1 活动速率的不均匀性
• 2.3.2 活动方式的一致性
• 2.3.3 位错同步性
• 2.4 西安地裂缝的成因
• 第三章 西安地裂缝活动趋势分析
• 3.1 西安地铁二号线沿线地裂缝历史活动分析
• 3.1.1 1960～1989 年（第一阶段）
• 3.1.2 1990～1996 年（第二阶段）
• 3.1.3 1997 至今（第三阶段）
• 3.2 西安地铁二号线沿线地裂缝活动趋势预测
• 3.3 地铁二号线沿线地裂缝的工程分级
• 第四章地裂缝活动环境下的土层—地铁隧道相互作用数值分析
• 4.1 有限元法及MSC.MARC 简介
• 4.2 本构关系的确定
• 4.3 土层与地铁隧道相互作用分析
• 4.3.1 计算模型的建立
• 4.3.1.1 建模思路概述
• 4.3.1.2 模型尺寸
• 4.3.1.3 材料参数的选取
• 4.3.2 计算结果分析
• 4.3.2.1 不同错距时的隧道结构竖向位移
• 4.3.2.2 不同错距时的隧道结构纵向应力
• 4.3.2.3 不同错距时的隧道结构等效塑性应变
• 4.3.2.4 不同错距时的隧道结构竖向剪应力
• 4.3.2.5 土体的竖向位移分析
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢