復(fù)雜地質(zhì)條件下地道結(jié)構(gòu)不均勻沉降的數(shù)值模擬研究.pdf

1、軟土地基不均勻沉降問題是國際上巖土工程界的難題之一，復(fù)雜地質(zhì)條件下長大地道結(jié)構(gòu)的不均勻沉降控制問題不僅是非常復(fù)雜的不均勻沉降問題，而且是工程實(shí)踐和理論研究中迫切需要解決的難題。
　　 本文以港西部通道深圳側(cè)接線工程(以下簡稱接線工程)為例，研究了長大地道結(jié)構(gòu)不均勻沉降規(guī)律，旨在探索不均勻沉降的計(jì)算方法，為復(fù)雜地質(zhì)條件下不均勻沉降的規(guī)律研究及其控制措施提供科學(xué)依據(jù)。接線工程是深港西部通道的重要組成部分，主要采用下沉式道路結(jié)構(gòu)(暗埋

2、式地下結(jié)構(gòu))。接線工程的填海區(qū)條件十分復(fù)雜，基礎(chǔ)形式多樣，為此，本文在系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外地道不均勻沉降研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對復(fù)雜地質(zhì)條件下長大地道結(jié)構(gòu)不均勻沉降問題，結(jié)合平衡方程增量求解的非線性有限元計(jì)算分析方法，來對其進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算分析，旨在為實(shí)際工程的設(shè)計(jì)與施工提供重要的參考依據(jù)。研究主要包括：
　　 (1)運(yùn)用固結(jié)沉降理論，探討了地層固結(jié)沉降的計(jì)算方法。系統(tǒng)總結(jié)了地層瞬時(shí)沉降計(jì)算的方法，并從三個方面闡述了地層主固結(jié)沉降的計(jì)算

3、方法，即線彈性固結(jié)理論、土體非線性固結(jié)沉降特征、地層最終固結(jié)沉降計(jì)算，為地道結(jié)構(gòu)不均勻沉降的有限元分析奠定基礎(chǔ)；
　　 (2)以地層沉降數(shù)值分析的基本理論為基礎(chǔ)，探討了固結(jié)沉降的非線性有限元分析方法，闡明了計(jì)算中時(shí)間步長的選取、迭代收斂問題的處理方法?？紤]水-土耦合作用問題，采用有限元法，選取BIOT固結(jié)理論進(jìn)行研究，并探討了BIOT固結(jié)有限元法求解過程。以土體彈塑性本構(gòu)關(guān)系——莫爾-庫侖(Mohr-Coulomb)屈服準(zhǔn)則為基

4、礎(chǔ)，探討了土體單元的特性與計(jì)算模擬問題。此外，詳細(xì)闡述了有限元模型建立過程中的網(wǎng)格劃分、模型參數(shù)、邊界條件處理、接觸單元、初始應(yīng)力狀態(tài)、“生死”單元等關(guān)鍵步驟和技術(shù)問題，從而為下一步的數(shù)值模擬與分析提供依據(jù)；
　　 (3)基于有限元基本理論，在二維平面應(yīng)變條件下，充分考慮復(fù)雜工程地質(zhì)條件，探討了不同類型基礎(chǔ)的有限元數(shù)值模擬方法和基坑回填數(shù)值模擬問題。主要包括：1)鋼筋混凝土箱體結(jié)構(gòu)、樁基礎(chǔ)、軟土復(fù)合地基、加筋土等地基基礎(chǔ)問題的有

5、限元數(shù)值模擬方法研究，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)各種樁型和復(fù)合地基的特點(diǎn)與作用機(jī)制，闡明了結(jié)構(gòu)及其與土相互作用中的有限元模擬與處理方法；2)針對基坑開挖和回填問題，給出了基坑開挖數(shù)值模擬的一般原理和回填數(shù)值模擬分析過程；3)針對不同工況，探討了地道不均勻沉降數(shù)值模擬計(jì)算中重點(diǎn)考慮的力學(xué)特性、物理過程、幾何特征等因素，從而，為系統(tǒng)開展以上問題的數(shù)值模擬分析與比較奠定了基礎(chǔ)；
　　 (4)結(jié)合ADINA軟件，將上述有限元數(shù)值模擬方法應(yīng)用于深港