浅论盾构隧道60°斜穿地裂缝的变形破坏机理研究

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1、长安大学硕士学位论文盾构隧道60°斜穿地裂缝的变形破坏机理研究姓名：赵振荣申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：胡志平20100525摘要为了研究大角度斜穿西安活动地裂缝时盾构隧道管片衬砌结构的变形破坏机理，探讨西安地铁隧道结构穿越地裂缝的工程措施，本文利用长安大学地基沉降试验平台模拟地裂缝的活动，研究了在西安典型地层埋深23．0m范围内盾构隧道管片衬砌结构与地裂缝60。斜交下的破坏模式、破坏特征和破坏机理，与30。和90。工况下的结构模型试验(与地裂缝夹角为30。、90。)进行对比分析，管片混凝土应变、纵向和环向螺栓应变、结构接触土压力、外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形

2、以及宏观变形破坏现象表明：盾构隧道管片衬砌结构60。斜穿地裂缝的变形破坏模式为剪切变形为主，局部有扭转和弯曲变形；结构破坏范围为上盘0．75D，下盘0．50D(D为管片环外径1．20m)；管片混凝土破坏主要发生在螺栓孔附近，地裂缝处纵向螺栓发生较强的剪切、扭转和拉伸变形破坏；管片衬砌结构变形破坏不对称，管片环向处于偏压状态；环缝拱顶错位量大于拱底和拱腰，拱顶最大错位量达30m(0．025D)，盾构管片衬砌结构模型难以适用地裂缝错动变形20am(0．1667D)。以物理模型试为原型，参照地裂缝处土体的相关参数，用ANSYS数值模拟软件对物理模型试验进行了有限元模拟，得出了与模型试验较为一致的破

3、坏形式和破坏范围。综合考虑模型实验和有限元模拟，提出盾构管片衬砌结构不适用于地裂缝活动强烈的地质环境。这些为西安地铁及相同地质条件下盾构隧道管片结构以大角度穿越地裂缝时的破坏预测和预防提供理论根据。关键词：西安地裂缝，盾构隧道，模型试验，数值模拟，变形破坏机理AbstractInordertostudythedeformationandfailuremechanismoftheshieldtunnelstructurecrossingXi’angroundfissureswithlargeangle，andtodiscusstheengineeringmeasureoftheXi’ansub

4、waytunnelstructm'ecrossinggroundfissures，thestudyusestheexperimentplatformwhichbelongtoChang’allUniversitytosimulatethesettlementofgroundfissure，studysthedestructionpattern,thedestructioncharacteristicsandthefailuremechanismoftheshieldtunnelconstructthatcrossedthegroundfissuresby600buryingtheXi’ant

5、ypicalstratumduringthedepthof23．0mscope，aswellascarriedonthecontrastiveanalysiswith300and900theoperatingmodeunderstructuralmodelexperiment(withplacecrackincludedanglefor30。，900)．Thestrainofsegmentconcrete，thestrainoflongitudinalboltandcircumferentialbolt，thecontactsoilpressureandperipheralsoilpress

6、ure，theconvergencedisplacementofinsideconstruct，thesoilsettlementonthetopofmodelandothermacrophenomenashowthatthemaindeformationanddamageofsegmentliningstructureofshieldtunnelcrossthegroundfissurewith60degreeisshearingwithdistortionandbendingonlocal；Thedeformationanddamagerangeisfrom0．75D(Distheext

7、emaldiameterofsegmentfin曲inthehangingsideto0．50Dinthelyingside；Thedistributionofconcretecrackisnearthebolthole，andthedeformationoflongitudinalboltneargroundfissureisfierceshearing,withdistortionandtension；T