深圳前海隧道基底软土层动力特性及长期沉降研究
Dynamic Characteristics and Long-term Settlement of Basement Soft Soil in Shenzhen Qianhai Tunnel
沿海地区存在着大量的深厚海积软土层,软土层在振动荷载长期作用下容易产生累积塑性变形,因此穿越软土层的隧道在运营过程中经常会出现较大的沉降变形.大幅度的沉降变形会严重影响隧道的正常运营和结构安全,运营隧道长期沉降的问题自然而然的便成了交通规划设计和运营维护过程中的重要课题.作为深圳市的首条跨海通道,妈湾海底隧道修建成功后将承担深圳市前海区域交通分流重任,起到运输纽带的重要作用.但是妈湾隧道沿线存在大量深厚软土层,这将给其设计、施工与运营带来极大的挑战.在妈湾隧道工程的大背景下,本文以隧底软土为研究对象,研究软土体在动荷载作用下的累积变形规律,分析预测车辆荷载作用下隧底软土层长期沉降变形发展趋势,主要研究内容和相关成果如下:(1)在土体参数解析过程中,引入随机-模糊统计方法对各项物理力学参数进行统计分析,并与传统的随机统计方法进行对比验证,发现随机-模糊统计结果的空间变异系数更小,相关参数更接近于实际情况.根据分析结果对线址内的软土特性进行归纳分析,为后续的设计与施工提供参考.(2)利用DDS-70动三轴仪,分析试样在不同围压、动应力、加载频率、静偏应力以及加载次数等工况下的累积变形发展规律,进而引入双曲线理论建立了软土在不同工况下的累积塑性变形模型,通过与试验结果的对比和验证,发现拟合效果良好,为隧道长期沉降预测提供良好的理论基础.(3)利用Midas/GTS建立三维有限元模型,分析不同行车速度、不同车辆载重以及不同管片厚度情况下隧底软土体的动力响应规律.结果发现车辆载重的变化对隧底软土竖向动应力的影响最为显著,行车荷载的影响深度约为隧道基底以下4m的深度范围.(4)以累积塑性变形模型为工具,采用分层总和法对隧底软土层的长期沉降进行分析预测.行车速度和车辆载重的增加都会引起隧道长期沉降的增大,当车辆超载80%时,隧道累积沉降增幅达到近31%,增加管片厚度可以减小累积沉降,但是单纯的增加管片厚度对累积沉降的遏制效果并不明显.
- 作者：
- 张鹏军
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 专业名称：
- 建筑与土木工程(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 付艳斌
- 中图分类号：
- U451；U459.5
- 关键词：
- 软土隧道；动三轴试验；累积塑性变形；动力响应；长期沉降
- Soft soil tunnel; Dynamic triaxial test; Cumulative plastic deformation; Dynamic response; Long-term settlement;