【博士】軟土盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算方法及縱向變形分析【2009】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：隧道及地下建筑工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：同濟大學(xué)土木工程學(xué)院　　學(xué)位年度： 2009年　　大量軟土盾構(gòu)隧道在長期使用過程中由于發(fā)生過量的縱向不均勻沉降，引發(fā)滲水漏泥、結(jié)構(gòu)局部破壞，或內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲變形。盾構(gòu)隧道縱向沉降問題成為影響隧道安全運營的核心問題之一。　　論文通過室內(nèi)模型試驗?zāi)M了襯砌結(jié)構(gòu)滲漏對隧道沉降的影響及軟土盾構(gòu)隧道長期沉降的發(fā)展(第二章)。采用解析方法對縱向沉降問題進行分析(第三章)?；趶V義正、負力共同作用機制，推導(dǎo)了縱向沉降問題的基本微分方程。根據(jù)環(huán)間接頭拉伸、壓縮剛度的差異，推導(dǎo)了縱向曲率與環(huán)縫張開量的函數(shù)關(guān)系。采用模型試驗方法，通過對襯砌結(jié)構(gòu)縱向沉降和環(huán)縫張開量的觀測，驗證了解析推導(dǎo)，指出了襯砌環(huán)沉降和環(huán)縫張開量的縱向分布模式。　　提出了基于接頭力學(xué)參數(shù)動態(tài)調(diào)整的襯砌結(jié)構(gòu)數(shù)值計算方法(第四章)。根據(jù)盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)接頭的構(gòu)造特征，建立了接頭的力學(xué)模型，通過接頭節(jié)點的開合判定和循環(huán)迭代實現(xiàn)了計算過程中模型參數(shù)的動態(tài)調(diào)整，以此為基礎(chǔ)建立了盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的計算方法；采用上海長江隧道整環(huán)襯砌結(jié)構(gòu)試驗對計算方法進行有效性驗證。將襯砌環(huán)橫向變形分為接頭位置的管片錯動，管片的剛體轉(zhuǎn)動和彈性壓縮三部分，認為接頭剛度是影響橫向變形的主要因素。對五環(huán)通、錯縫襯砌結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力和變形分析，將通、錯縫襯砌結(jié)構(gòu)的各環(huán)內(nèi)力分布及變形進行對比，指出了錯縫拼裝影響襯砌結(jié)構(gòu)橫向剛度和內(nèi)力分布的工作機理。對通、錯縫襯砌結(jié)構(gòu)的橫向剛度有效率進行對比分析，對錯縫襯砌結(jié)構(gòu)的彎矩提高率進行了初步探討?！　》謩e采用荷載結(jié)構(gòu)法和地層結(jié)構(gòu)法的理念對50環(huán)通、錯縫襯砌結(jié)構(gòu)進行三維數(shù)值模擬(第五章)。首先對襯砌環(huán)沉降和環(huán)縫張開量的縱向分布模式進行分析，并與解析推導(dǎo)和模型試驗的結(jié)果進行對比。對通、錯縫襯砌結(jié)構(gòu)的縱向沉降傳遞的差異進行分析，認為通縫隧道主要通過環(huán)內(nèi)管片的轉(zhuǎn)動傳遞差異沉降，而錯縫隧道主要通過環(huán)間接頭的錯動傳遞差異沉降。從最大差異沉降、環(huán)縫張開量、豎向錯臺、縱向錯臺、管片轉(zhuǎn)動及防水條件六個方面對通、錯縫襯砌結(jié)構(gòu)的縱向變形模式進行比較，分析了縱向錯臺引起通縫隧道襯砌結(jié)構(gòu)縱向剛度增大的工作機理。最后對襯砌與土體間相互作用的模擬方法及參數(shù)取值進行了探討。　　

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