上海軟粘土蠕變特性及盾構(gòu)隧道差異沉降研究.pdf

1、在上海軟粘土地區(qū)修建的盾構(gòu)隧道，隧道處于長期運(yùn)營狀態(tài)下，隧道的差異沉降問題日漸凸現(xiàn)，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全、地鐵列車運(yùn)營的安全性及舒適性會(huì)構(gòu)成一定的風(fēng)險(xiǎn)。隧道周圍土層的蠕變特性是盾構(gòu)隧道產(chǎn)生工后長期沉降的重要原因之一。天然地層土體性質(zhì)的變化、隧道進(jìn)出洞加固區(qū)與天然地層的差異、車站與隧道連接剛度的差異、隧道周圍鄰近荷載的變化，都使隧道產(chǎn)生了不同程度的差異沉降。本文從上海軟粘土的蠕變特性的試驗(yàn)研究著手，從多方面對(duì)運(yùn)營隧道差異沉降進(jìn)行了較為深入的研究

2、。 1.首先從盾構(gòu)隧道周圍軟粘土地層的應(yīng)力～應(yīng)變的時(shí)效性入手，通過對(duì)各類已有軟粘土流變模型的分析比較和討論。建立了Burgers模型和Mohor～Coulomb模型串聯(lián)而成的復(fù)合粘彈塑性模型--Cvisc模型，該模型可以更好地描述軟粘土的粘彈塑性力學(xué)行為，其參數(shù)也可以通過室內(nèi)三軸試驗(yàn)和蠕變?cè)囼?yàn)得到。 2.對(duì)上海典型軟粘土進(jìn)行了室內(nèi)蠕變?cè)囼?yàn)，揭示了上海軟粘土的流變特性。試驗(yàn)結(jié)果表明，④層土的流變特性相對(duì)較強(qiáng)，蠕變變形占總變

3、形量的1/5～1/4。循環(huán)動(dòng)應(yīng)力下的蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果表明，循環(huán)動(dòng)應(yīng)力對(duì)土體的流變作用影響不大，偏應(yīng)力主導(dǎo)下的流變起主要作用。利用Origin軟件的非線性擬合工具，確定了上海④層、⑤1層軟粘土Burgers流變模型的計(jì)算參數(shù)，為數(shù)值模擬提供了較為可靠的流變參數(shù)。 3.使用FLAC3D有限差分軟件，利用試驗(yàn)得到的土體流變參數(shù)和Cvisc蠕變模型對(duì)盾構(gòu)隧道長期沉降性態(tài)進(jìn)行了計(jì)算分析。根據(jù)典型區(qū)段的長期沉降計(jì)算，僅考慮隧道下臥土體的蠕變變形

4、時(shí)，④層土中的隧道在5年后，沉降基本穩(wěn)定，而⑤1層土在4年后，就達(dá)到穩(wěn)定，最后趨向于收斂。通過對(duì)隧道下臥土層蠕變性質(zhì)的差異、進(jìn)出洞加固區(qū)和天然土層的差異、隧道鄰近荷載的變化等情況的數(shù)值模擬，得到了由地基差異及荷載的變化引起的差異沉降規(guī)律。 4.在隧道的縱向廣義連續(xù)化等效模型的基礎(chǔ)上，考慮盾構(gòu)管片的螺栓連接引起的縱向、橫向剛度的折減，引入基床系數(shù)比ω、隧道連接剛度比β兩個(gè)參數(shù)，建立了隧道在均勻地基和分段均勻地基上的統(tǒng)一計(jì)算模型，并

5、編制了Matlab計(jì)算程序-“GETM”。計(jì)算分析了運(yùn)營隧道處于彈性極限狀態(tài)的允許差異沉降和附加彎矩的分布規(guī)律，提出評(píng)價(jià)隧道結(jié)構(gòu)安全性的差異沉降的量化控制條件。 5.利用現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)資料，對(duì)上海地鐵1號(hào)線運(yùn)營10多年來隧道差異沉降的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，總結(jié)了隧道長期沉降的分布規(guī)律，分析了引起沉降的各種原因；計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有一定程度的吻合，證明了理論分析方法的可靠性。 6.結(jié)合地鐵9號(hào)線上穿越工程和地鐵7號(hào)線下穿越地鐵1