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沿海地区地铁隧道冻结工程中土体冻胀融沉特性研究

何淑梅  
【摘要】:近年来,冻结法已逐渐发展成为隧道施工尤其是沿海地区隧道施工的重要辅助工法之一。虽然人工水平冻结法具有诸多优点,但影响水平冻结法施工的因素很多,人工水平冻结法还存在着一些问题。其中包括冻结过程中的土体冻胀问题以及解冻后的融化沉降问题,这些往往可能会引起地表的位移变形。由于地铁隧道一般都修建在城市,且多数处于城市的繁华地带,所以任何形式的地表位移变形都会引起严重的后果。 本文首先对冻结壁温度场的特性进行了理论分析,导出了冻结壁的形成规律。其次通过数值仿真试验,分析冻结过程中冻胀对地表变形的影响。在此过程中本文提出了冻胀变形模拟的等效荷载法及增量法,由分级荷载下的线性求解逼近全荷载下的非线性求解,系统研究了隧道设计参数、建筑物荷载等相关因素对沿海地区冻胀敏感性土层地表冻胀位移的量化影响规律。 在研究解冻引起的融沉问题时,分析了人工冻结土体融沉的特点,并提出了人工水平冻结土体解冻引起融沉变形的简化模拟方法:土体按“不抗拉、拉压不等”的专门本构模型模拟,融沉荷载采用等效荷载法和增量法,(同时考虑了冻结圈外未冻土体力学参数的非线性“拉疏效应”。)系统研究了隧道设计参数及建筑物荷载等相关因素对沿海地区冻结法施工后地表融沉位移的量化影响规律。 在此基础上根据数值试验结果本文提出了相应的措施来减少地表冻胀位移变形和融沉位移变形。


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