【摘 要】
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地下综合管廊在解决城市市政管线敷设、检修和运维方面具有突出优势,在提高城市韧性方面发挥了重要作用,已经成为21世纪城市生命线工程之一。西安城区地质条件特殊,目前发育了14条地裂缝,基本遍布整个城区,独特的城市地质环境为管廊建设提出了新的问题和挑战。其作为长线性地下结构,地下综合管廊会不可避免地与地裂缝斜交穿越。如何应对地裂缝发育环境对地下管廊结构产生的影响,是目前亟需解决的科研课题。鉴于此,本文以
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地下综合管廊在解决城市市政管线敷设、检修和运维方面具有突出优势,在提高城市韧性方面发挥了重要作用,已经成为21世纪城市生命线工程之一。西安城区地质条件特殊,目前发育了14条地裂缝,基本遍布整个城区,独特的城市地质环境为管廊建设提出了新的问题和挑战。其作为长线性地下结构,地下综合管廊会不可避免地与地裂缝斜交穿越。如何应对地裂缝发育环境对地下管廊结构产生的影响,是目前亟需解决的科研课题。鉴于此,本文以西安科创路地下综合管廊工程为科研背景,以物理模型试验、数值模拟和理论解析解为手段,针对斜穿活动地裂缝的双舱综合管廊结构的变形破坏模式、破坏范围及结构防灾设计开展了系统研究,工作及结论如下:（1）开展了几何缩尺比例为1:15的物理模型试验,研究了综合管廊结构45°斜穿地裂缝的变形破坏模式和破坏范围,试验结果表明:随着地裂缝上盘沉降量的增加,上盘结构底部出现脱空区,脱空区段结构上覆土压力将不再通过结构横截面剪切中心,导致脱空区段结构产生集中扭矩,结构发生扭转变形乃至扭转破坏,破坏范围为下盘区2.9D～5.1D（D=0.277m为截面中心线高度）范围内。接着发生弯曲、剪切变形及破坏,破坏范围为下盘区0.9D～2.9D范围内。（2）针对综合管廊扭转变形破坏,基于闭口薄壁杆件约束扭转理论,建立了综合管廊在集中及均布扭矩作用下的扭转变形解析解;在求解集中扭矩的同时,研究了地裂缝环境下综合管廊顶部接触土压力的分布模式及特征,提出了地裂缝段管廊结构所受竖向地层土压力的计算方法。理论解析得到的管廊结构横截面剪应力最大值为0.39N/cm~2,正应力最大值为13.26N/cm~2,与物理模型试验得到的管廊结构横截面剪应力和正应力吻合较好。（3）开展了综合管廊结构斜穿活动地裂缝的数值模拟,变形破坏机理数值模拟结果表明:上盘发生沉降初期,结构底部就开始产生脱空区,下盘结构整体受压,上盘结构整体受拉,上盘相对于下盘发生扭转变形;结构处于复杂的弯、剪、扭受力状态,水平及竖向剪应力均在地裂缝处达到最大值。扭转变形破坏数值模拟结果表明:综合管廊结构在集中扭矩-均布扭矩作用下,扭转角和剪应力均在地裂缝处达到最大值。数值模拟结果与物理模型试验结果和理论解析结果基本一致,验证了变形破坏模式和理论解析方法的合理性。（4）通过物理模型试验、数值模拟及理论解析可知,综合管廊斜穿活动地裂缝段的变形破坏模式为:首先发生扭转变形破坏,然后发生弯曲及剪切变形破坏;变形破坏范围为上盘12.35D到下盘8.64D范围内（D=4.05m为截面中心线高度）,且下盘结构变形程度高于上盘结构。（5）基于现行《混凝土结构规范》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》和本文理论解析,提出了斜穿活动地裂缝综合管廊的抗扭、抗剪和抗弯设计方法,并给出了跨地裂缝段综合管廊结构的防灾措施,跨地裂缝段综合管廊结构应分段设置特殊变形缝。通过数值模拟讨论了设缝模式及分缝长度对管廊结构受力的影响,表明采用对缝设缝模式可以有效减小地裂缝的活动对管廊结构的不利影响,分段长度取10m为宜。
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