飽和黃土隧道動力響應(yīng)及穩(wěn)定性變化機理研究.pdf

1、隨著我國西部地區(qū)水利、交通、城市等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展,在黃土地區(qū)將有越來越多的軟弱土層淺埋洞室工程。如新近堆積軟弱黃土層中的西安地鐵隧道、南水北調(diào)中線穿黃河松散砂土層的輸水隧洞以及西北地區(qū)的公路隧道等。當受到震動荷載作用時,這些飽和軟弱黃土非常敏感,其土骨架結(jié)構(gòu)易遭到擾動而軟化,造成土的動孔隙水壓上升、有效應(yīng)力降低,促使土的變形發(fā)展,強度降低,甚至發(fā)生液化破壞。地下結(jié)構(gòu)在飽和液化土層中由于超靜孔隙水壓力的作用而上浮,從而對地下結(jié)構(gòu)造成嚴重

2、的破壞,但目前國內(nèi)外對地震液化引起地下工程災(zāi)害的研究甚少。 本文主要針對飽和黃土隧道動力響應(yīng)及穩(wěn)定性問題,基于開挖過程的數(shù)值模擬,對不同圍巖應(yīng)力場條件下的等效粘彈性動力反應(yīng)和動孔壓場求解以及上浮力作用下圍巖體彈塑性求解計算,分別對不同應(yīng)力釋放率、不同地震加速度、不同埋深、不同洞徑條件下隧道洞周孔壓差、孔壓場分布、液化區(qū)域范圍以及上浮位移變化進行研究。針對不同時機支護的隧道成洞開挖模擬,采用具有初始應(yīng)力的圍巖條件下在隧道周邊上反向

3、施加與初始應(yīng)力釋放相等的等效節(jié)點力模擬方法,進行了考慮襯砌自重荷載作用條件下地層中帶有孔洞的線彈性數(shù)值求解,分析了開挖過程的位移與應(yīng)力釋放率關(guān)系以及靜應(yīng)力場對動孔壓發(fā)展和分布的影響。針對飽和黃土圍巖可能存在液化導(dǎo)致洞室結(jié)構(gòu)上浮位移發(fā)展問題,提出了洞室圍巖靜應(yīng)力場確定、等效粘彈性動力響應(yīng)與動孔壓場分析、襯砌結(jié)構(gòu)上浮力作用下圍巖彈塑性變形求解的隧道動力上浮位移分析方法。 分析表明,隨著應(yīng)力釋放率增大,洞頂位移逐漸增長,當應(yīng)力釋放率大

4、于某值后洞頂位移迅速增大,存在一個臨界值(最大允許釋放率);同一洞徑條件下,埋深越大,最大允許釋放率越大；同一埋深條件下,洞徑越大,最大允許釋放率越小。同一應(yīng)力釋放率條件下,隨著埋深增大,動孔壓差(洞底與洞頂之差)越大；隨著洞徑增大,動孔壓差也在增大。同一埋深、洞徑條件下,最大允許釋放率越大,洞底與洞頂?shù)目讐翰钤酱?；震動加速度越?洞底與洞頂?shù)目讐翰钤酱蟆Ｉ鲜鲎兓?guī)律,針對飽和黃土隧道得到了定量分析,具有實際指導(dǎo)意義。 基于土動