學(xué)科專業(yè)：地質(zhì)工程
授予學(xué)位：博士
學(xué)位授予單位：xx大學(xué)
學(xué)位年度： 2010年
西安地裂縫自1959年首次發(fā)現(xiàn)以來,已對西安市的城市建設(shè)和人民生活造成了極大的影響,并對在建和擬建的多條地鐵線路構(gòu)成了威脅。在目前已經(jīng)探明的十四條地裂縫中,有多條與正在建設(shè)中的西安地鐵1號、2號線相交。西安地裂縫在未來地鐵建設(shè)及運(yùn)營期間的活動無疑會影響到西安地鐵的安全性。由于西安市位于高烈度地震區(qū),已有的震害研究表明,地鐵結(jié)構(gòu)作為城市的生命線工程一旦遭受地震破壞,將會給地震應(yīng)急以及震后修復(fù)工作帶來極大的困難。如何保證西安地鐵在強(qiáng)震作用下的安全,同樣也是地鐵建設(shè)中的重要課題,因此,在西安市這一特殊的工程地質(zhì)環(huán)境下建造地鐵是一個全新的重大工程難題,學(xué)術(shù)界和工程界均對此高度關(guān)注。
本文以西安市重大工程-西安地鐵穿越地裂縫活動帶的防災(zāi)措施為工程研究背景和依托,以地鐵沿線地裂縫在地震動力荷載作用下的活動特征及西安地鐵隧道在這一特殊工程地質(zhì)條件下的動力反應(yīng)特征及土與地下鐵道的地震動力相互作用為研究對象,采用模型試驗、數(shù)值模擬、理論分析相結(jié)合的方法對動力荷載作用下西安地裂縫的活動特征,地鐵隧道在動力荷載作用及地裂縫活動狀態(tài)下的動力反應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
基于對地裂縫運(yùn)動及其對地下結(jié)構(gòu)破壞規(guī)律的認(rèn)識,建立了地震動力荷載作用下的地裂縫場地動力試驗?zāi)Ｐ�。試驗表�?在地震荷載作用下,隱伏地裂縫的上覆土層會產(chǎn)生開裂,出露地表且裂縫寬度增加,并在原有地裂縫附近引起與之相交的次生裂縫,地震荷載作用引起的地裂縫開合,使其成為深部土體向上運(yùn)動的通道。 論文首次進(jìn)行了地裂縫環(huán)境下地鐵隧道地震動力振動臺模型試驗,以相似原理為依據(jù),建立了基于重力失真模型的黃土自由場地環(huán)境下盾構(gòu)隧道及馬蹄形隧道地震動力作用振動臺試驗?zāi)Ｐ�。通過試驗證明地鐵隧道在動力荷載作用下的運(yùn)動加速度比其周圍土體的動力加速度大；地鐵隧道在動力荷載作用下所產(chǎn)生的動土壓力相比于振動前后土壓力要增加許多,所以在地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計中對于動土壓力及側(cè)向土壓力應(yīng)引起重視；動力荷載作用下盾構(gòu)地鐵隧道底部的正應(yīng)力較大。
通過試驗研究,發(fā)現(xiàn)由于地裂縫南北兩盤的不均勻沉降,地裂縫鄰近部位的地鐵隧道應(yīng)力出現(xiàn)增大現(xiàn)象。當(dāng)?shù)亓芽p場地中采用柔性分段式地鐵隧道穿越時,其地鐵隧道各段的動力反應(yīng)具有一定的相對獨(dú)立性,且在地裂縫區(qū)域沒有出現(xiàn)應(yīng)力劇增的現(xiàn)象,據(jù)此在工程中建議采用柔性分段接頭穿越地裂縫區(qū)域。
論文還基于有限元理論建立了以 Marc為分析平臺的有限元數(shù)值分析模型,對西安地鐵中采用的典型隧道形式進(jìn)行了地震荷載作用下的動力特征分析及與地裂縫運(yùn)動耦合時的地鐵隧道動力分析；研究認(rèn)為:地震動力荷載作用下地鐵隧道結(jié)構(gòu)所受的剪應(yīng)力較大,工程中應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的考慮；動加速度和主應(yīng)力的最大值產(chǎn)生于隧道結(jié)構(gòu)的底部, 同時在地鐵隧道內(nèi)部各點(diǎn)的累積變形大于隧道外部各點(diǎn)的累積變形；當(dāng)?shù)亓芽p場地南盤相對于北盤下沉?xí)r,將在分段馬蹄形隧道各分段處產(chǎn)生摩擦作用且在各連接部位產(chǎn)生壓應(yīng)力,同時在隧道的兩側(cè)壁和各連接處產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力。