饱和黄土隧道动力响应及稳定性变化机理研究

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1、西安理工大学硕士学位论文饱和黄土隧道动力响应及稳定性变化机理研究姓名：佘芳涛申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：邵生俊20080301摘要论文题目：饱和黄土隧道动力响应及稳定性变化机理分析学科：岩土工程作者：佘芳涛导师g邵生俊教授答辩日期：2008．3签名：铛遂签名：叩牛随着我国西部地区水利、交通、城市等基础设旌建设发展，在黄土地区将有越来越多的软弱土层浅埋洞室工程。如新近堆积软弱黄土层中的西安地铁隧道、南水北调中线穿黄河松散砂土层的输水隧洞以及西北地区的公路隧道等。当受到震动荷载作用时，这些饱和软弱黄土非常敏感，其土骨架结

2、构易遭到扰动而软化，造成土的动孔隙水压上升、有效应力降低，促使土的变形发展，强度降低，甚至发生液化破坏。地下结构在饱和液化土层中由于超静孔隙水压力的作用而上浮，从而对地下结构造成严重的破坏，但目前国内外对地震液化引起地下工程灾害的研究甚少。本文主要针对饱和黄土隧道动力响应及稳定性问题，基于开挖过程的数值模拟，对不同围岩应力场条件下的等效粘弹性动力反应和动孔压场求解以及上浮力作用下围岩体弹塑性求解计算，分别对不同应力释放率、不同地震加速度、不同埋深、不同洞径条件下隧道洞周孔压差、孔压场分布、液化区域范围以及上浮位移变化进行研究。针对

3、不同时机支护的隧道成洞开挖模拟，采用具有初始应力的围岩条件下在隧道周边上反向施加与初始应力释放相等的等效节点力模拟方法，进行了考虑衬砌自重荷载作用条件下地层中带有孔洞的线弹性数值求解，分析了开挖过程的位移与应力释放率关系以及静应力场对动孔压发展和分布的影响。针对饱和黄土围岩可能存在液化导致洞室结构上浮位移发展问题，提出了洞室围岩静应力场确定、等效粘弹性动力响应与动孔压场分析、衬砌结构上浮力作用下围岩弹塑性变形求解的隧道动力上浮位移分析方法。分析表明，随着应力释放率增大，洞顶位移逐渐增长，当应力释放率大于某值后洞顶位移迅速增大，存在

4、一个临界值(最大允许释放率)；同一洞径条件下，埋深越大，最大允许释放率越大；同一埋深条件下，洞径越大，最大允许释放率越小。同一应力释放率条件下，随着埋深增大，动孔压差(洞底与洞顶之差)越大；随着洞径增大，动孔压差也在增大。同一埋深、洞径条件下，最大允许释放率越大，洞底与洞顶的孔压差越大；震动加速度越大，洞底与洞项的孔压差越大。上述变化规律，针对饱和黄土隧道得到了定量分析，具有实际指导意义。基于土动力学地震等效荷载、动孔隙水压力理论、隧道施工应力释放率估计以及洞顶西安理工大学硕士学位论文Ⅱ塌落拱范围内围岩塑性变形，本文提出的上浮位移

5、数值模拟分析思想还可以进一步推广形成一套简化的、方便的、实用的隧道上浮位移计算方法。关键词：黄土隧道、饱和黄土、动力响应、上浮位移、计算方法ABSTRACTTitle：ANALYSISOFDYNAMICRESPONSEANDS1-ABILITYCHARACT-ERISTICMECHANISMOFSUBⅥ，AYTUNNELINGINSATURATEDLOESSMajor：GeotechnicalEngineeringAuthor：FangtaoSheAdvisor：Prof．ShengJunShaoAbstractSignatuWi

6、ththedevelopmentofourcountryinfrastl'UctUl试facilitiesinwesternareaincludesconservation,transportation，eityc沁nstructionandSOon,therearemoreandmoreshallowtunnelprojectsintheloessarea．Forexample，theXi’趾subwaytunnelinthefreshlypiledupweakloess，tuuneloftheYellowRiverCrossM

7、idlineEngineeringofSouth-to-NorthWaterDiversionProject，highwaytunnelsintheNorthwestChinaAreaandSOOil．Whenreceivesthevibrationloadfunction,thesesaturatedweakloessissensitivetovibrate，itssoilstructureencountertheperturbationtosoften,causestheloesstothehydraulicporepress

8、urerise，theeffc讯estresstoreduce，andurgesthesoiltothedistortionrise，theintensitytoreduce，evenhastheliquefieddestruction．Under