地铁行车荷载作用下隧道周围饱和软粘土流变效应研究

论文摘要

针对地铁运营产生的隧道轴线沉降等工程地质问题,本文以上海地区隧道周围饱和淤泥质软粘土为研究对象,通过现场监测试验、室内循环三轴试验、Cu剪切试验以及微观电镜扫描试验,对饱和软粘土在地铁行车荷载作用下的流变效应进行了分析与研究,得出一些有益的结论和成果:1.地铁列车经过时,隧道周围土体的动力响应频率主要由两部分组成,高频[2.4Hz,2.6Hz]、低频[0.4Hz,0.6Hz]。2.在偏离地铁隧道轴线的水平方向上,随着偏离距离的增加,地铁振动荷载及其引起的土体动力响应按照一定规律衰减。3.循环荷载作用下,饱和软粘土的循环蠕变曲线存在峰值蠕变、基值蠕变及谷值蠕变三条蠕变特征曲线。4.饱和软粘土的循环蠕变由可逆弹性应变、累积塑性应变两部分构成,在未导致土样破坏的荷载范围内,可逆弹性应变与循环应力比CSR之间存在线性关系。5.饱和软粘土存在稳定循环应力比、破坏循环应力比两个临界应力比值;并将土体累积塑性应变的发展划分为衰减稳定、快速增长、瞬时破坏三个阶段。6.当荷载应力水平小于破坏应力比时,饱和软粘土的累积塑性应变及残余孔压力均经历快速增长-匀速增长-衰减稳定三种状态的发展变化。7.在长期循环荷载作用下,饱和淤泥质软粘土的累积塑性应变和残余孔压力主要产生于荷载作用初期,并与荷载振动次数的对数之间均存在线性关系。同时,两者都受到荷载振动频率及循环加载排水状态的影响。8.循环加载再固结后,饱和软粘土的Cu抗剪强度与原状土相比有所增长。9.在长期循环荷载作用下,饱和软粘土的微观结构进行了一定程度的“调整”和“重组”,这种微观结构的再造过程与土体的宏观流变特性之间有联系。10.循环荷载作用下,荷载应力水平越高,振动次数越多,振动频率越低,饱和软泥土微观结构的“调整”和“重组”程度越大。最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 列车振动荷载研究的发展和现状
• 1.2.2 循环荷载作用下粘土动力特性研究的发展和现状
• 1.2.3 粘土流变特性研究的发展和现状
• 1.3 本文主要研究内容与创新
• 第2章 地铁行车荷载下隧道周围饱和软粘土的动力响应
• 2.1 引言
• 2.2 动力响应研究的现场试验设计
• 2.2.1 试验场地选址
• 2.2.2 试验仪器选取
• 2.2.3 仪器埋设以及地层分布
• 2.3 试验成果整理与分析
• 2.3.1 土体响应频率
• 2.3.2 不同深度土体的动力响应规律
• 2.3.3 水平偏离地铁隧道轴线方向土体的动力响应衰减规律
• 2.4 本章小结
• 第3章 地铁行车荷载下隧道周围饱和软粘土的循环蠕变
• 3.1 引言
• 3.2 循环蠕变研究的室内试验设计
• 3.2.1 试验仪器
• 3.2.2 试验土样
• 3.2.3 试验方案
• 3.2.4 试验步骤
• 3.3 饱和软粘土循环蠕变的构成
• 3.3.1 土体的循环蠕变特征曲线
• 3.3.2 典型加载阶段土体的循环蠕变分析
• 3.3.3 土体循环蠕变的构成规律
• 3.4 饱和软粘土可逆弹性应变的变化
• 3.4.1 不同应力水平下土体可逆弹性应变的变化规律
• 3.4.2 荷载振动频率对土体可逆弹性应变的影响
• 3.5 饱和软粘土累积塑性应变的发展
• 3.5.1 土体的临界循环应力比
• 3.5.2 荷载振动频率对土体累积塑性应变的影响
• 3.6 饱和软粘土残余孔隙水压力的发展
• 3.7 本章小结
• 第4章 地铁行车荷载下隧道周围饱和软粘土的长期流变
• 4.1 引言
• 4.2 长期流变研究的室内试验设计
• 4.2.1 试验仪器
• 4.2.2 试验土样
• 4.2.3 试验方案
• 4.2.4 试验步骤
• 4.3 不排水循环加载下土体累积塑性应变的发展规律
• 4.3.1 不同应力水平下土体累积塑性应变与荷载振动次数的变化关系
• 4.3.2 不同荷载振动频率下土体累积塑性应变与振动次数的变化关系
• 4.3.3 荷载振动频率对土体累积塑性应变的影响
• 4.3.4 应力水平对土体累积塑性应变的影响
• 4.4 不排水循环加载下土体残余孔隙水压力的发展规律
• 4.4.1 不同应力水平下土体残余孔隙水压力与荷载振动次数的变化关系
• 4.4.2 不同荷载振动频率下土体残余孔隙水压力与振动次数的变化关系
• 4.5 受荷土样再固结后的Cu抗剪强度的变化规律
• 4.6 循环加载排水状态对土体特性的影响规律
• 4.6.1 排水状态下土体特性的发展规律
• 4.6.2 排水状态与不排水状态下土体特性的对比规律
• 4.7 本章小结
• 第5章 地铁行车荷载下隧道周围饱和软粘土的微观结构
• 5.1 引言
• 5.2 土体微观结构的研究现状
• 5.3 微观结构研究的室内试验设计
• 5.3.1 试验仪器
• 5.3.2 试验土样
• 5.3.3 试验方案
• 5.3.4 试验步骤
• 5.4 原状土微观结构的定性分析
• 5.5 受荷土微观结构的对比分析
• 5.5.1 受荷土微观结构的变化
• 5.5.2 不同荷载条件下土体微观结构的对比
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 进一步工作的方向
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文及研究成果