地鐵移動(dòng)荷載作用下深厚軟土本構(gòu)模型及沉降預(yù)測(cè)研究.pdf

1、隨著中國(guó)交通建設(shè)的發(fā)展，地鐵成為城市交通最重要的交通工具之一。運(yùn)營(yíng)期間，地鐵移動(dòng)荷載產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致地鐵隧道軸線變形，沿線地基出現(xiàn)不均勻沉降，進(jìn)而引起隧道管片開(kāi)裂、結(jié)構(gòu)裂縫、滲水和地面沉降，影響地鐵的安全運(yùn)行以及地鐵沿線構(gòu)筑物的正常使用，對(duì)周邊環(huán)境造成噪聲污染等一系列不良影響，因此，地鐵振動(dòng)引起的相關(guān)問(wèn)題成為軌道交通設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的重要研究課題。鑒于上述問(wèn)題，需要對(duì)地鐵移動(dòng)荷載作用下深厚軟土的動(dòng)力特性和沉降規(guī)律進(jìn)行深入研究，為地鐵工程設(shè)計(jì)

2、、建設(shè)和維護(hù)提供參考依據(jù)。本文以南京地區(qū)長(zhǎng)江漫灘相深厚飽和軟土為研究對(duì)象，分析低振幅地鐵移動(dòng)荷載作用下飽和軟土的蠕變及動(dòng)力特性，探討深厚軟土地基在地鐵振動(dòng)荷載下的長(zhǎng)期沉降問(wèn)題，論文主要的研究工作和成果如下:
　　(1)針對(duì)不同的動(dòng)應(yīng)力幅值、有效圍壓、振動(dòng)頻率、天然含水量、分級(jí)加載下變荷載以及變頻率六種影響因素，通過(guò)GDS動(dòng)三軸試驗(yàn)，分析軟土動(dòng)力參數(shù)—振次關(guān)系變化規(guī)律，建立動(dòng)剪切模量隨振次關(guān)系函數(shù);基于擬靜力法，采用Mesri蠕變模

3、型，計(jì)算并分析低振幅地鐵振動(dòng)荷載作用下軟土應(yīng)變—振次關(guān)系的發(fā)展規(guī)律，由試驗(yàn)分析結(jié)果得出穩(wěn)定振次概念，為預(yù)測(cè)長(zhǎng)期沉降建立理論基礎(chǔ);同時(shí)分析軟土動(dòng)孔壓發(fā)展規(guī)律。
　　(2)深入分析臨界狀態(tài)土力學(xué)理論的特點(diǎn)及其在動(dòng)力條件下的局限性，研究塑性本構(gòu)模型與邊界面本構(gòu)模型在本構(gòu)方程上的異同點(diǎn);結(jié)合地鐵移動(dòng)荷載低振幅的特點(diǎn)，考慮軟土在長(zhǎng)期荷載作用下的蠕變特性，采用擬靜力法，在邊界面本構(gòu)模型中引入Mesri蠕變模型以及Taylor模型，建立考慮時(shí)間

4、效應(yīng)邊界面本構(gòu)模型。
　　(3)設(shè)計(jì)詳細(xì)的計(jì)算總體系及各模塊流程圖，分析ABAQUS有限元軟件子程序的編寫(xiě)原理，利用應(yīng)力積分算法，借鑒阻止應(yīng)變法對(duì)前述建立的考慮時(shí)間效應(yīng)邊界面本構(gòu)模型進(jìn)行算法優(yōu)化及程序?qū)崿F(xiàn)，采用本文提出的本構(gòu)模型和南京軟土GDS動(dòng)三軸試驗(yàn)獲得的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)模型參數(shù)的蠕變參數(shù)、臨界狀態(tài)參數(shù)及塑性模量參數(shù)凰進(jìn)行計(jì)算分析，驗(yàn)證本構(gòu)模型的有效性。
　　(4)結(jié)合試驗(yàn)與有限元計(jì)算分析，提出一種預(yù)測(cè)高振次

5、動(dòng)荷載作用下地基累積變形的冪函數(shù)公式。建立地鐵振動(dòng)簡(jiǎn)化模型，得到地鐵移動(dòng)荷載—時(shí)間關(guān)系;建立地鐵二維有限元模型，嵌入地鐵振動(dòng)荷載及本構(gòu)模型子程序，設(shè)置粘彈性人工吸收邊界，采用建立的冪函數(shù)公式預(yù)測(cè)累積變形，獲得固結(jié)沉降和總沉降，并與實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證該方法合理、可行。選取沉降量作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用正交法對(duì)隧道埋深、時(shí)速、軸重三個(gè)影響因素進(jìn)行敏感性分析。同時(shí)，建立三維地鐵有限元模型，得到沿縱向、不同水平位置以及不同深度處的沉降量。