学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

地裂缝及地下水对西安地铁隧洞衬砌受力变形影响的研究

作　者: 高闯洲
导　师: 党发宁
学　校: 西安理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 西安地铁二号线地裂缝曲江南湖隧洞衬砌 BP神经网络回归分析三维非稳定渗流蠕变模型
分类号: U451
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 39次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

地裂缝是在西安地铁建设中所遇到的一类独特的地质问题,在国内外的地铁建设史中也是首次面对这样的地质现象,因而,在西安地铁的建设中也无现成的经验和工程可作参考。地裂缝穿越地铁区间,无论是建设期还是运营期都是比较棘手且亟待解决的问题,尤其是地裂缝的活动将会对地铁隧洞的建设和安全运营产生极其不利的影响。针对上述问题,本文从西安地铁建设中的主要工程地质问题入手,做了如下主要工作：分析了西安曲江南湖的蓄水运营对西安f7地裂缝与地铁二号线交汇处地下渗流场的影响及曲江南湖自身运行的安全性问题；分别采用回归分析法和BP神经网络的方法对西安f7地裂缝的未来垂直活动量进行了预测；总结了地裂缝在地表断坎形态曲线的一些统计规律以及地裂缝的活动形式对地铁隧洞衬砌受力变形的最不利影响；选取西安地铁区间的土性参数,采用蠕变本构模型,利用本文f7地裂缝的预测值来分析和研究地裂缝的活动可能对西安地铁运营期所造成的影响。在本文研究的基础上,得到了如下的几点认识：(1)西安曲江南湖的蓄水运行,将会对f7地裂缝与地铁二号线交汇处的地下渗流场造成一定的影响。无论是南湖防渗体运行正常还是部分防渗体失效均会造成f7地裂缝与地铁二号线交汇处地下水位的上升,其中南湖防渗体运行正常、仅1号缝失效、仅2号缝失效、1,2号缝同时失效造成该处地下水位上升分别依次为26.4cm、26.99 cm、27 cm、27cm。南湖在蓄水运行后,无论是防渗体运行正常还是部分防渗体失效,湖两岸的坡降均是由大逐渐变小,最后趋于稳定的渐变过程。因而,特别在蓄水运行初期阶段应该加强对防渗体的保护。(2)采用回归分析法,对地裂缝垂直活动量的时间历程过程进行了分析,认为f7地裂缝在大约40年之后(即2045年)基本趋于稳定,不再发展变化,其最终的累积沉降量为438mm,f7地裂缝未来的年平均活动速率为1.5mm/a。采用BP神经网络方法对影响地裂缝未来活动的多因素进行较全面的分析,得到地裂缝的未来最大垂直活动量在3mm/a以内。(3)通过总结地裂缝在地表断坎形态曲线的一些统计规律得到了地裂缝的三种常见的地表表现形态曲线即折线型、倾斜直线型、水平直线型；并分别分析了这三种类型的边界条件对地铁运营造成的可能影响,得出了水平直线型边界为最不利的工况。(4)利用f7地裂缝的预测值分析了其对地铁隧洞衬砌安全运营的影响,通过有限元分析得到了地铁隧洞衬砌的拱顶、拱底最大沉降位移,且其值均不超过14cm；隧洞二次衬砌的最大压应力为5.98MPa,最大拉应力为5.48MPa,其中拉应力超出了C30混凝土的设计极限,且最值出现在上盘的底部,下盘的顶部,具体位置处于上(下)盘的1/3-2/3区域。说明在出现拉应力的区域应该采取措施协调变形且处理掉过大的拉应力,诸如在该区域设置变形缝,沉降缝等工程措施进行防范。这样既可以将过大的拉应力释放掉,也可以充分发挥混凝土等不同材料的受力性能,有利于地铁隧洞的安全运营。本文的工作不仅可以为地裂缝的研究提供一种新的思路,而且可以为西安地铁的设计和安全运营提供一定的参考,具有一定的理论价值和实际意义。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-16
  1.1 研究目的及意义  10-11
  1.2 课题的研究现状  11-13
    1.2.1 地裂缝的研究现状  11-12
    1.2.2 地铁隧洞衬砌的研究现状  12-13
  1.3 本文的主要工作及技术路线  13-16
    1.3.1 研究的内容  13
    1.3.2 研究的可行性  13-14
    1.3.3 本文的技术路线框架示意图  14-16
2 西安地铁穿越区间主要工程地质问题的分析与总结  16-23
  2.1 地裂缝问题  16-22
    2.1.1 西安市的地裂缝问题  16-21
    2.1.2 本文所研究的草场坡—小寨区间的地裂缝问题  21-22
  2.2 地下水问题  22
  2.3 本节小结  22-23
3 土体流变特性分析、地铁隧洞衬砌及地裂缝数值模拟方法及实现  23-32
  3.1 土体的流变特性分析  23-30
    3.1.1 土体的流变特性研究  23-24
    3.1.2 流变本构模型  24-29
    3.1.3 隧道开挖的蠕变本构模型  29-30
    3.1.4 蠕变参数的确定  30
  3.2 隧洞衬砌和地裂缝发展运动形式的有限元模拟方法及实现  30-32
4 地铁区间地下水位发展变化的三维非稳定渗流场分析  32-66
  4.1 曲江南湖概况  32-35
  4.2 防渗体运行正常情况下的三维非稳定渗流场分析  35-46
    4.2.1 南湖三维非稳定渗流计算条件  35-36
    4.2.2 南湖三维非稳定渗流计算结果  36-43
    4.2.3 计算结论  43-46
  4.3 部分防渗体失效情况下的三维非稳定渗流场分析  46-65
    4.3.1 计算条件及工况设置  46-47
    4.3.2 部分防渗体失效时的计算结果  47-62
    4.3.3 计算结论  62-65
  4.4 本章小结  65-66
5 地裂缝活动趋势的预测研究  66-87
  5.1 地裂缝未来发展变化预测的回归分析法  66-70
    5.1.1 f7地裂缝的变化趋势分析  66-67
    5.1.2 地裂缝的运动发展回归预测模型的选择  67-70
    5.1.3 回归分析及预测结果整理  70
  5.2 地裂缝未来活动量预测的BP神经网络法及在Matlab上的实现  70-86
    5.2.1 BP神经网络的基本理论概述  71-72
    5.2.2 影响地裂缝未来发展变化的主要因素分析  72-76
    5.2.3 地裂缝未来发展变化的BP神经网络预测模型及其在MATLAB上的实现  76-86
  5.3 小结  86-87
6. 地裂缝对地铁隧洞衬砌受力变形影响的三维有限元分析  87-105
  6.1 地裂缝的发展变化对地铁衬砌受力变形影响的理论研究  87-100
    6.1.1 地裂缝在地面的变形曲线分析  87-90
    6.1.2 地裂缝的不同运动形态对地铁隧洞衬砌受力变形的影响分析  90-100
  6.2 f7地裂缝对地铁二号线草场坡—小寨区间隧洞衬砌受力变形的未来影响分析  100-103
    6.2.1 计算参数的选取  101
    6.2.2 计算结果分析  101-103
  6.3 小结  103-105
7 结论与展望  105-107
  7.1 主要结论  105-106
  7.2 不足与展望  106-107
致谢  107-109
参考文献  109-111
附录  111

地裂缝及地下水对西安地铁隧洞衬砌受力变形影响的研究

内容摘要

全文目录

相似论文