收藏本站
《西南交通大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

富水黄土隧道隧底动力特性研究

薛富春  
【摘要】:为了解决高速列车振动荷载作用下隧底富水黄土可能出现的泥化、软化问题,本论文以郑西铁路客运专线张茅富水黄土隧道为依托,结合现场施工情况,对富水黄土隧道施工阶段的防排水措施进行了研究。在此基础上,应用现场试验、数值计算和理论分析方法,对隧底可能出现的泥化和软化问题进行了系统而深入的开创性研究。具体工作包括: (1)结合论文的研究课题背景,对国内外高速铁路、高速铁路隧道、大断面黄土隧道和激振试验的研究进展,进行了较为详细的介绍。 (2)针对张茅富水黄土隧道的施工方法,提出施工阶段“封闭、集中、保护、早强”的防排水措施,取得了良好效果,并在现场试验中得到了验证。 (3)借助自行研发的DTS-1型高速列车激振试验系统,首次在黄土隧道内进行现场激振试验,掌握了富水黄土隧道及围岩在高速列车动荷载作用下的动力特性和变形规律。总结如下: ①加载面的动位移在激振频率为21Hz之前,随激振频率的加大增长速率较快,为非线性增长;在21Hz之后增长速率变缓,近似为线性变化。230万次激振后,加载面累积沉降不大于0.32mm。 ②垂直振动速度沿仰拱深度方向的传递和衰减规律为:仰拱内不明显的衰减、拱底混凝土与黄土交界区域一定范围内的突变和拱底黄土中的非线性快速衰减;结合波动理论,解释了突变发生的必然性和影响突变的因素。此外,还得到了垂直振动速度沿隧道截面横向和纵向的衰减规律。 ③当激振频率≤21Hz时,加载面振动速度随激振频率的提高变化不大且近似为线性增加,当激振频率21Hz时,仰拱填充面振动速度随激振频率的增高呈快速非线性增长。加载面的最大振动速度为1.61mm/s。 ④通过现场激振试验,得出不同激振频率下动应力与激振时间的关系、同一激振频率下动应力与累计激振次数的关系、不同激振频率下动应力与深度变化的关系和同 激振频率下动应力与激振次数的关系,揭示了现场试验条件下,动应力具有对激振时间、激振频率均不敏感的特性。 ⑤通过现场激振试验,得出不同频率动荷载作用下,仰拱回填混凝土内应变与激振时间的关系,揭示了在现场试验条件下,动应变具有对激振频率不敏感的特性。 ⑥通过现场激振试验,得出不同激振频率下仰拱底部附近的黄土围岩中超静水压与激振时间的关系;发现超静水压基本不变,表明超静水压对激振频率不敏感;超静水压绝对最大值为0.1kPa,不能对拱底黄土产生软化作用。 ⑦隧底黄土在激振试验前后的性质基本没有改变,表明富水黄土没有泥化和软化,满足高速铁路隧道对地基的要求。 (4)利用计算机软件Plaxis 2D动力模块,对激振试验进行了模拟,分析了4种频率下隧道一地基体系的动力响应:在此基础上,开展了三维动力有限元分析,得出激振沿隧道纵向的影响范围为加载面两侧各约18m。此外,结合实测值和理论关系,对数值分析结果的正确性进行了验证。 (5)在现场试验和数值分析的基础上,得出了动应力和振动速度沿深度的发展规律,提出了动应力的衰减表达式,从理论上对振动速度在仰拱和拱底黄土交界面附近的突变进行了解释。 (6)基于现场试验和数值分析结果,得出激振的影响深度为加载面以下约6m,即仰拱底部约3m处。 (7)现场试验和数值分析发现,仰拱内回填混凝土的应变最大值不超过3μ,表明回填混凝土的应力水平很低,因此仰拱回填材料可以优化;仰拱底面处的动应力和振动强度很小,仰拱厚度也可以考虑优化。 (8)以弹性动力学为基础,借助两相介质Biot动力学方程,研究了动荷载作用下隧道一地基体系的动力响应,得出了特殊情况下的解析解,提出了进一步研究的重要性和必要性。 研究结果表明,在激振动荷载作用下,拱底富水黄土不会泥化和软化,隧道基础是稳定的;230万次激振完成后加载面累积沉降不大于0.32mm,张茅富水黄土隧道工后沉降能满足高速铁路安全运营要求。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U451

免费申请
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 唐益群;栾长青;张曦;王建秀;杨坪;;地铁振动荷载作用下隧道土体变形数值模拟[J];地下空间与工程学报;2008年01期
2 陈国兴;庄海洋;杜修力;李亮;程绍革;;土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台试验——试验结果分析[J];地震工程与工程振动;2007年01期
3 刘银斌,李幼铭,吴如山;横向各向同性多孔介质中的地震波传播[J];地球物理学报;1994年04期
4 丁伯阳;宋新初;袁金华;;饱和土隧道内集中荷载作用下振动位移反应的Green函数解答[J];工程力学;2009年06期
5 贺虹;李德武;;特大断面黄土隧道静力稳定性分析[J];工程质量;2006年09期
6 李德武,李培天,高峰,赵书学;黄土隧道钢拱架受力量测与有限元分析[J];公路;2005年08期
7 李德武,高峰;隧道基底结构列车振动现场测试与分析[J];甘肃科学学报;1999年01期
8 翟进营;唐静;;新意法在法国里昂—马赛高速铁路Tartaiguille隧道建设中的应用[J];隧道建设;2009年02期
9 李雷;黄土隧道衬砌断面优化设计与研究[J];山西建筑;2003年04期
10 张金锋;;张茅隧道1号斜井进正洞挑顶施工技术[J];山西建筑;2006年08期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 杨建民;;谈郑西客运专线黄土隧道沉降控制及基础处理[A];铁路客运专线建设技术交流会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 赵占厂;黄土公路隧道结构工程性状研究[D];长安大学;2004年
2 康军;黄土公路隧道设计与施工技术研究[D];长安大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 欧阳院平;高速铁路大断面黄土隧道施工数值模拟[D];西南交通大学;2006年
2 毛峰;黄土隧道深浅埋分界方法研究[D];西安理工大学;2007年
3 佘芳涛;饱和黄土隧道动力响应及稳定性变化机理研究[D];西安理工大学;2008年
4 轩俊杰;黄土隧道变形规律研究[D];长安大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄传辉;;PA1010和PTFE的粘弹特性对滚动摩擦系数的影响[J];工程塑料应用;2010年02期
2 王士杰,张梅,张吉占;对Mindlin解求地基附加应力的进一步探讨[J];四川建筑科学研究;2000年01期
3 胡伟,赵考重,贾留东,王莉;九层组合砌体结构模型动力性能实测分析[J];四川建筑科学研究;2000年02期
4 王士杰,张梅,周瑞林;工程荷载下的明氏应力实用理论解(Ⅰ)——现有明氏应力公式的整理与简化[J];四川建筑科学研究;2001年02期
5 刘万兴,胡旭明;粘弹性动态增量反演分析在软土隧道注浆加固顶升中的应用[J];四川建筑科学研究;2001年04期
6 陈万祥,郭志昆,杨成忠;结构多维弹塑性地震反应的时程分析研究[J];四川建筑科学研究;2003年01期
7 刘春,吴绪春;非饱和红粘土强度特性的三轴试验研究[J];四川建筑科学研究;2003年02期
8 陈建峰,秦建庆,石振明,沈明荣;砂井地基沉降的二维有限元分析(二)——修正剑桥渗流耦合模型有限元及实例计算[J];四川建筑科学研究;2003年04期
9 蔡江东;考虑稠度状态时饱和粘性土自重应力计算方法[J];四川建筑科学研究;2003年04期
10 周亦唐,钟国强,俞进,赵惠敏,葛晓旭;塑料土工格栅加筋土结构的振动台试验研究[J];四川建筑科学研究;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢永;蔡国平;刘松;;基于输入和输出数据的柔性板的时域空间建模与主动控制研究[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 程亚东;盛亚军;韩同春;;羊栈岭隧道加固稳定性的计算分析[A];安徽省第五届“兴皖之光”青年学术年会论文集(工科卷)[C];2005年
3 张倩倩;袁宝国;刘为;李萍;候一江;;新型6300kN模锻液压机侧梁有限元分析及优化[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年
4 李潇;马倩;李世萍;施旭栋;;基于Winkler地基模型的弹性地基梁梁挠度分析[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
5 常少莉;纪春阳;邝志礼;;振动试验失控分析及例证[A];中国电子学会可靠性分会第十三届学术年会论文选[C];2006年
6 丁德民;马凤山;张亚民;王杰;郭捷;;高层建筑物荷载与地下水开采叠加作用下的地面沉降特征[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
7 刘维;丁文斌;朱莉娜;;基于ANSYS二次开发的焊接结构有限元分析系统[A];'2011全国钢结构学术年会论文集[C];2011年
8 王蓓蓓;张辉;齐健;;铁路噪声预测模型研究进展[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
9 段中山;尚爱国;秦晋;;爆炸烟云扩散的实验与仿真研究[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(上)[C];2011年
10 裴红波;聂建新;王正宏;;一种利用聚能效应的排爆装置研究[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(下)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李伟;深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D];山东科技大学;2010年
2 张忠;固体炸药冲击起爆的物质点法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 折勇;直角域中圆形夹杂与裂纹反平面动力的相互作用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 谭海涛;受水下爆炸载荷作用的船体结构可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 王猛;煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术[D];辽宁工程技术大学;2010年
8 王学庆;考虑土—结构动力相互作用的巨型框架隔震悬挂结构动力响应分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 何峰;岩石蠕变—渗流耦合作用规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
10 张选利;柔性注压锚杆锚固特性研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张娟;改善维生素A缺乏的试验研究及干预产品初步探讨[D];南京医科大学;2009年
2 陈建伟;松软煤层回采工作面前方煤体应力分布及位移变化特征[D];河南理工大学;2010年
3 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
4 刘根保;基于邓肯—张模型的垃圾土强度特性及边坡稳定性研究[D];南昌航空大学;2010年
5 何寿迎;黄岛LPG地下储库稳定性分析及支护设计优化[D];山东科技大学;2010年
6 李静涛;煤矿开采岩层与地表变形数值模拟分析[D];山东科技大学;2010年
7 冯银银;隧道围岩应力与位移数值模拟与分析[D];山东科技大学;2010年
8 马飞飞;框架结构轻钢加层的地震反应分析研究[D];山东科技大学;2010年
9 马宗锋;地铁车站深基坑分步开挖数值模拟分析[D];山东科技大学;2010年
10 张泽;大台煤矿深部原岩应力场及岩爆地质力学成因分析[D];山东科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李凤刚;黄土连拱隧道施工过程的数值模拟和方案优化[J];安徽建筑;2004年03期
2 余高飞;湿陷性黄土强夯效果浅析[J];安徽建筑;2004年05期
3 周德培;圆形隧道衬砌围岩变形压力的时间效应[J];地下空间;1993年01期
4 谢定义;黄土力学特性与应用研究的过去、现在与未来[J];地下空间;1999年04期
5 林永国,廖少明,刘国彬;地铁隧道纵向变形影响因素的探讨[J];地下空间;2000年04期
6 朱泽兵,张东明;浅埋、富水、软弱黄土地段隧道施工技术[J];地下空间;2001年02期
7 郑永来,刘曙光,杨林德,童峰;软土中地铁区间隧道抗震设计研究[J];地下空间;2003年02期
8 周健,苏燕,董鹏;软土地层地铁及地下构筑物抗震动力分析研究现状[J];地下空间;2003年02期
9 高广运,顾中华,周群利;强夯加固地基大变形动力有限元数值模拟[J];地下空间;2004年02期
10 周生国,黄伦海,蒋树屏,刘新荣;黄土连拱隧道施工方法模型试验研究[J];地下空间与工程学报;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 姚辉;刘青林;;易风化软弱围岩隧道洞口段施工技术[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2002年
2 王常晶;姬美秀;陈云敏;;列车荷载作用下饱和软粘土地基的附加沉降[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(下册)[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 高峰;地下结构动力分析若干问题研究[D];西南交通大学;2003年
2 赵占厂;黄土公路隧道结构工程性状研究[D];长安大学;2004年
3 李彬;地铁地下结构抗震理论分析与应用研究[D];清华大学;2005年
4 康军;黄土公路隧道设计与施工技术研究[D];长安大学;2006年
5 韩煊;隧道施工引起地层位移及建筑物变形预测的实用方法研究[D];西安理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵占厂;深基坑支护系统的数值分析与动态监测[D];长安大学;2000年
2 方梁正;公路隧道渗漏与冻害防治研究[D];长安大学;2001年
3 李晓洪;软弱围岩双连拱隧道施工力学研究[D];西南交通大学;2003年
4 王国强;甘肃黄土公路隧道防排水适用技术与结构型式研究[D];长安大学;2002年
5 周新民;黄土地区公路洞穴致灾力学机理研究[D];长安大学;2003年
6 杨小永;高速公路隧道围岩稳定性研究[D];长安大学;2004年
7 来弘鹏;黄土公路隧道合理衬砌断面型式试验研究[D];长安大学;2004年
8 李强;连拱隧道施工过程空间力学效应分析[D];西南交通大学;2005年
9 孙辉;黄土连拱隧道围岩与支护结构稳定性研究[D];重庆大学;2005年
10 王智猛;红层泥岩土及其改良土力学特性研究与在高速铁路中的应用[D];西南交通大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 薛富春;马建林;颜利平;刘智毅;陈冲;程琴辉;;郑西客运专线富水黄土隧道防排水技术[J];施工技术;2010年02期
2 金祥义;;富水黄土隧道坍体处理[J];山西建筑;2009年36期
3 薛富春;马建林;颜利平;刘智毅;程琴辉;陈冲;;高速铁路富水黄土隧道隧底循环动载试验研究[J];振动与冲击;2010年09期
4 周雄威;黄毅翔;张梁荣;;浅谈富水黄土隧道防排水施工技术[J];中国科技财富;2008年10期
5 苏春晖;马建林;李曙光;方钱宝;;富水黄土围岩含水量变化对隧道稳定性影响的数值模拟分析[J];铁道建筑;2008年04期
6 王为杰;静力及动力有限元分析的凝聚技术[J];兰州理工大学学报;1986年01期
7 潘毓淳,王建明;连铸机结晶器振动机构动力学[J];北京科技大学学报;1989年04期
8 羊拯民;张文炬;温千虹;;微型客车车身动力特征的研究[J];安徽工学院学报;1993年04期
9 宋顺成,田时雨,曹法和,王永清;长杆模拟弹内弹道强度试验与动态计算分析[J];兵器材料科学与工程;1994年02期
10 钱七虎,黄小平,唐德高,李志成;冲击荷载作用下有限元方法求解波动过程的精度研究[J];爆炸与冲击;1995年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴佐国;张燎军;叶尚芳;李娟;李沛;;威远江泄洪洞独立进水塔结构抗震分析[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展[C];2009年
2 朱建;陆伟东;卢红琴;;坑道内挡板宽度对爆炸冲击波消减作用的影响分析[A];第一届全国工程安全与防护学术会议论文集[C];2008年
3 周石磊;陆伟东;刘伟庆;刘学晨;;含耗能层防护门爆炸荷载下动力有限元分析研究[A];第一届全国工程安全与防护学术会议论文集[C];2008年
4 梁新政;王复明;孔宪京;;路面模量拟静力反分析的动力校验[A];第八届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ卷)[C];1999年
5 陆新征;江见鲸;;灾害荷载作用下的结构仿真分析[A];土木工程与高新技术——中国土木工程学会第十届年会论文集[C];2002年
6 孙晓静;刘维宁;翟辉;郭建平;;钢弹簧浮置板低频隔振性能的研究[A];可持续发展的中国交通——2005全国博士生学术论坛(交通运输工程学科)论文集(下册)[C];2005年
7 符文熹;王丽峰;陈建康;尚岳全;;边坡动力可靠度的一种简化分析方法[A];第六届全国地面岩石工程学术会议暨第二届岩土力学与工程前沿论坛论文集[C];2007年
8 龚亚琦;陈琴;崔建华;;坝体—地基—库水体系的动力有限元分析及其工程应用[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
9 钱七虎;黄小平;唐德高;李志成;;冲击荷载作用下有限元方法求解波动过程的精度研究[A];钱七虎院士论文选集[C];2007年
10 ;大坝基础开挖与处理[A];水布垭面板堆石坝筑坝技术[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 彭真;长江设计院混凝土防裂技术有新突破[N];中国建材报;2006年
2 一文;地板辐射采暖[N];中国房地产报;2003年
3 刘新武;科技创新确保武广客运专线顺利施工[N];光明日报;2007年
4 记者 张涛;省重点工程江边水电站建设进展顺利[N];甘孜日报(汉文);2010年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 薛富春;富水黄土隧道隧底动力特性研究[D];西南交通大学;2011年
2 资建民;高填方路基快速施工与沉降控制研究[D];华中科技大学;2008年
3 魏海霞;爆破地震波作用下建筑结构的动力响应及安全判据研究[D];山东科技大学;2010年
4 夏志凡;基于完全耦合理论的饱和土地基上结构动力响应研究[D];上海交通大学;2011年
5 杨英武;基于单源、复合源模糊数的建筑结构振动分析[D];浙江大学;2011年
6 胡萍;高速铁路无砟轨道密集过渡段路基动力试验与仿真分析[D];中南大学;2010年
7 傅玉勇;层状场地中地铁隧道对沿线地震动及其附近建筑物的影响[D];天津大学;2012年
8 周扬;汶川地震紫坪铺面板堆石坝震害分析及面板抗震对策研究[D];大连理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈冲;高速铁路富水黄土隧道激振试验研究分析[D];西南交通大学;2010年
2 陈立伟;地震作用下黄土暗穴的稳定性分析[D];长安大学;2004年
3 元松;基于FWD的水泥混凝土路面结构动力响应特性分析[D];长沙理工大学;2004年
4 陈昕;连拱隧道爆破震动效应研究[D];长沙理工大学;2005年
5 潘超;关于砼重力坝在爆炸冲击作用下的仿真分析[D];武汉大学;2005年
6 王胜辉;复合地基抗震动力有限元分析[D];昆明理工大学;2002年
7 钟国强;塑料土工格栅加筋土动力特性的试验研究及其动力有限元分析[D];昆明理工大学;2002年
8 陈华;交通荷载作用下公路路基的动力有限元分析[D];兰州理工大学;2004年
9 刘晨箐;振动压路机作用下高等级公路中圆管涵动力性能理论与试验研究[D];湖南大学;2004年
10 许名标;小湾水电站边坡开挖爆破震动动力响应分析[D];武汉理工大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026