水位变动条件下综合管廊的力学性状研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenman1982
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由于城市的发展,地上空间的减少和城市管理的需要,地下综合管廊在近年来发展迅速。而在富水地区尤其是南方临江海地区,地下水情况复杂,对地下工程影响甚大。无论是出于工程需要的降水工作,还是自然条件下的江河涨落,对于地下水的渗流和水位变化影响极大,也极易导致附近地下工程的安全性。本文通过理论分析与推导和数值模拟的研究方法,对不同地下水位变化情况中管廊整体和接口处的受力变形特性进行了研究。主要研究工作及成果如下。(1)提出了水浮力折减系数的计算方法。针对地下水浮力计算理论进行了研究,结合静力学凸缘接触土粒模型的地下水浮力计算方法,通过能量守恒定律和毛细管模型,以此进一步推导确定折减系数的取值计算方法,提出通过土的渗透系数、水的重度及粘滞系数来计算水浮力折减系数的方法,以期能够更加合理的进行抗浮计算便于工程应用。(2)建立了差异沉降中管廊接口的力学模型。针对后张法钢绞线连接方式的管廊接口在差异沉降过程中的受力变形计算公式进行了推导,以沉降差值为变量,将沉降变形过程分为三个阶段,分别分析了管廊位移、接口变形受力和钢绞线变形受力具体情况,并以此分析了管廊接口上防水密封状态和上下土体的压力变化情况。在初始状态下,各接口截面上跨中部位是最先可能破坏的部位,相对而言外边缘的四个边角则是更可能发生渗水的部位。(3)在降水工况中,由于管廊变形小于土体变形,管廊位置的地表沉降变化最小。从管廊轴线方向来看,距离抽水井越远,沉降变化越小。首尾两端的管廊沉降差值最大达到1.43mm,是最小沉降变化值的53%。距离抽水井最近处的管廊要重点注意其沉降变形。(4)在降水工况中,顶板跨中位置的变形受到降水的影响最大。竖向沉降变化值和横向位移整体上随降水深度的增大而增大。顶板跨中的竖向沉降变化幅度更大且更快,其横向位移幅度也大,最大值是底板的103%。管廊上下位移不同产生的转动,可能对内部管道产生不利影响。(5)在降水工况中,底板受力变化更大。承口端底板跨中应力的变化最大。在相同端口上,底板受力变化大于顶板受力变化,最大能达到2.01倍。管廊顶板和底板内侧的拉应力都是增大的,而增长的趋势则是随管廊轴线距离的增大而减小。最大拉应力是插口端底板处的319.52kPa,有潜在的受拉破坏风险。综合来看,底板出现裂缝的概率更大,施工及运营期间要注意监测。(6)在水位涨降工况中,顶板的竖向变形峰值小于底板,但在一个循环周期内的变形幅度大于底板,竖向位移最大值是最小值的4.7倍,更容易产生疲劳破坏。近河侧壁的横向变形峰值小于远河侧壁,但在周期内的变形幅度要大,横向位移最大值是最小值的5.6倍。综合来看,顶板和靠近河流的侧壁更容易疲劳破坏。(7)在水位涨降工况中,接口上的应力值随时间的推移而不断增长的,在第2年达到峰值,此后开始周期循环。在应力方面,顶板跨中部位的应力值最大,是同截面上底板应力最大值的125%。在接口法向应力方面,插口端顶板法向应力值小于底板。由于底板在第1年更快出现峰值,所以底板可能最先发生受压破坏。在拉应力方面,底板最大拉应力是顶板的51.3%,最小拉应力是顶板的48.6%,顶板更可能发生受拉破坏。综合来看,水位循环涨落过程中,顶板处最可能出现裂缝或渗水现象。综上所述,本文主要开展了对水位变动条件下管廊受力变形规律的研究。通过理论推导,确定了水浮力理论计算和差异沉降下管廊接口受力变形力学计算模型。通过数值模拟,探明了不同水位变动条件下管廊受力变形管规律。研究成果为水浮力理论计算、差异沉降条件下管廊接口受力计算以及富水地区的地下综合管廊设计、建设和维护提供参考意见。
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