地铁荷载作用下地基沉降的弹塑性分析

论文摘要

随着我国城市化建设的高速发展,很多大城市都在策划修建大、中运量的地铁、轻轨交通项目。近10年来,已经有20多个城市不同程度的开展了轨道交通项目前期工作和可行性研究。地铁运行时引起的地基不均匀沉降对地铁隧道结构和地基土体产生很大影响。因此,对已经建成还是未建成的地铁工程而言,寻找并预测地铁荷载引起的地基土体的沉降是非常必要的。本文采用与英国不平顺管理标准相应的激振力来模拟通过轨枕传递到地基的列车竖向荷载,采用Drucker-Prager塑性本构模型表示土体应力-应变关系,将地基土体视为固、液二相介质,采用FLAC3D软件建立地铁结构体系的空间模型,分析地铁结构体系在模拟荷载作用下的动力反应和地基土体的沉降分布规律。本文的主要结论如下:1、结合土体塑性本构模型与饱和土体Biot动力固结理论,得到以增量形式表示的求解地基土体沉降的控制方程。2、通过对地铁结构体系模型的初次单次加载动力计算,得出列车初次运行引起的地基沉降相当大,并有明显的回弹现象,衬砌外侧土体受到较大拉应力,不利于结构的安全和稳定。3、对地铁结构体系模型进行了多次动力计算以模拟列车荷载对地基土体的长期作用,得出地基土体纵向（列车运行方向）中部的沉降较大并向两端减少,列车初次运行引起的沉降占地基总体累积沉降的主体,塑性本构模型比弹性模型更符合土体变形的不可恢复性和长期累积性。4、分析了不同的加载次数、加载方式及土体本构模型对地基土体沉降的影响。计算结果表明,不同因素对计算所得到的地基土体的沉降规律无显著影响。最后,在总结全文工作的基础上,提出了沿需进一步研究的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题
• 1.3 本文所做的工作
• 第2章 饱和土的力学变形特性及其本构模型理论
• 2.1 引言
• 2.2 动荷载作用下土体变形特性
• 2.2.1 非线性
• 2.2.2 滞后性
• 2.2.3 变形积累性
• 2.3 土体的应力-应变关系的主要特征
• 2.4 应力与应变的张量分析
• 2.4.1 应力张量及应力张量的分解
• 2.4.2 应变张量及应变张量的分解
• 2.5 应变增量与应力增量
• 2.6 岩土弹塑性本构模型
• 2.6.1 屈服准则
• 2.6.2 加、卸载准则
• 2.6.3 Drucker公设
• 2.6.4 流动法则
• 2.6.5 硬化规律
• 2.6.6 一般弹塑性本构关系及其矩阵化
• 2.7 本章小结
• 第3章 地基沉降控制方程及其数值计算结果分析
• 3.1 引言
• 3.2 Drucker-Prager弹塑性模型
• 3.2.1 本构方程推导
• 3.3 饱和土动力固结方程
• 3.4 塑性本构模型结合饱和土动力固结方程
• 3.5 列车激振荷载的模拟与施加
• 3.5.1 列车激振荷载的模拟
• 3.5.2 模拟动载的施加
• 3.6 数值计算软件FLAC3D简介
• 3.6.1 材料本构模型
• 3.6.2 计算模式
• 3.6.3 边界条件
• 3.6.4 内嵌语言
• 3.6.5 计算分析的一般步骤
• 3.7 计算模型的建立
• 3.7.1 模型基本参数的确定
• 3.7.2 计算区域及网格单元划分
• 3.7.3 边界条件
• 3.8 计算结果分析
• 3.8.1 单隧道加载动力计算及结果分析
• 3.8.2 双隧道加载动力计算及结果分析
• 3.8.3 不同加载方式的沉降分布规律比较
• 3.8.4 多次加载动力计算及结果分析
• 3.8.5 不同塑性本构模型的动力计算结果比较
• 3.9 本章小结
• 第4章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢