【摘 要】
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随着城市地铁工程建设不断加速,地铁行车荷载造成地基粉土的不均匀沉降问题时有发生,如何有效控制和预测沉降、保证地铁的安全运营成为城市地下工程建设亟待解决的重要问题。本文以徐州地铁1号线某区间为工程背景,采用经验分析法研究列车荷载的振动机制,通过室内动三轴试验研究饱和粉土的动力特性,并结合三维有限元数值模型探究地铁隧道基底粉土的动力响应规律,提出饱和地基粉土长期沉降的预测方法。本文主要结论如下:（1）
【基金项目】
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江苏省高等学校自然科学研究项目（20KJA560003）； 江苏省青蓝工程中青年带头人项目；
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随着城市地铁工程建设不断加速,地铁行车荷载造成地基粉土的不均匀沉降问题时有发生,如何有效控制和预测沉降、保证地铁的安全运营成为城市地下工程建设亟待解决的重要问题。本文以徐州地铁1号线某区间为工程背景,采用经验分析法研究列车荷载的振动机制,通过室内动三轴试验研究饱和粉土的动力特性,并结合三维有限元数值模型探究地铁隧道基底粉土的动力响应规律,提出饱和地基粉土长期沉降的预测方法。本文主要结论如下:（1）采用经验公式计算不同运行状态下的徐州地铁1号线列车运行振动荷载,得到了运行速度和运行载重对列车振动荷载特性影响贡献较大,运行速度主要影响振动荷载的振幅和周期,运行载重主要影响振动荷载的基准值。（2）通过室内动三轴试验研究徐州地铁1号线区间饱和粉土的动力特性。当试验粉土 CSR超过临界CSR时会发生破坏,不同应力条件下的粉土临界CSR不一定相同。在等压条件下,当有效围压为100kPa时,饱和粉土的临界CSR在0.1～0.15;当有效围压为250kPa时,饱和粉土的临界CSR在0.06～0.1,动应力幅值对饱和粉土的破坏起主导作用。利用滞回曲线求得不同试验方案下的饱和粉土动剪切模量和动阻尼比随累积应变变化趋势,采用双曲线模型推导出适应饱和粉土的动力本构关系,求得动剪切模量随累积应变衰减模型G/G0=1/(1+13.8577γ10.77892和动阻尼比随累积应变增长模型D=0.24474（G/G0）2-0.47443（G/G0）+0.25207。（3）建立徐州地铁1号线列车-隧道-地基三维有限元模型,探究不同列车运行状态下产生的振动荷载与隧道基底不同埋深粉土的动力响应规律。动应力在钢轨和浮置板上传递时的能量消散最大,衰减超过80%,在粉土层传播过程中的衰减规律呈现指数型的趋势,隧道基底埋深2m范围内的动应力衰减速度较快。当列车时速80km/h时,列车载重从空载到满载的过程中,隧道基底的粉土动应力分布范围为18.088kPa～30.882kPa;隧道基底的动位移分布范围为0.4849mm～0.828mm。当列车满载时,列车时速从20km/h提高到80km/h的过程中,隧道基底粉土动应力分布范围为25.927kPa～30.882kPa;隧道基底粉土动位移分布范围为0.6518mm～0.828mm。（4）根据动三轴试验得到粉土不排水累积变形特性和孔压发展特性,推导出适应徐州地铁1号线区间粉土累积塑性变形模型εi=2.02（qd/qf）1.303（1+qs/qf）1.083（N）0.196和粉土累积孔压模型u/pc=4.122（qd/qf）1805（1+qs/qf）4.307（N）0.225,结合三维有限元模型分析得到的隧道地基不同埋深粉土分别在静力条件和动力条件下的应力状态,采用分层总和法对徐州地铁1号线10年运营期的隧道基底不同埋深粉土沉降值进行预测计算,得到总沉降值28.39mm。本文有图91幅,表23个,参考文献110篇。
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