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1、高填黃土明洞卸載結(jié)構(gòu)的垂直土壓力特性和計算方法研究-->1緒論1.1研究背景及意義 高填黃土明洞卸載結(jié)構(gòu)的垂直土壓力特性和計算方法研究-->1緒論1.1研究背景及意義我國黃土在華北、西北、東北等地分布廣泛，主要集中在被稱為中央黃土高原的山西、甘肅、陜西、寧夏等省區(qū)，以其地層全、厚度大、分布廣和特殊的工程性質(zhì)而聞名于世[1]。目前，隨著黃土高原地區(qū)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程空前加速，城市化范圍也不斷加大，這對城市日趨緊張的土地資源及交通發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)。鑒于黃土高原地區(qū)山高、溝深的特點，削山、填溝造地成為了解決這一問題的重要途徑，有力地緩解了城市用地緊
2、張局面，而這將不可避免的對一些既有以及將要新建的公（鐵）路明洞進(jìn)行高回填。對于既有明洞的高回填，由于初始設(shè)計缺少對后期高填方的考慮，新增的土壓力將導(dǎo)致明洞襯砌強(qiáng)度及地基承載力不足，勢必會造成結(jié)構(gòu)開裂，基礎(chǔ)不均勻沉降，嚴(yán)重影響明洞正常使用和耐久性。對于將要新建的高填黃土明洞結(jié)構(gòu)，一方面明洞的修建能夠縮短線路，改善線路運行條件；另一方面，由于高填土荷載大，將使結(jié)構(gòu)厚實，混凝土用量大，施工技術(shù)要求高；再者，水泥水化產(chǎn)生熱量較大，結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生裂縫，將嚴(yán)重影響明洞的耐久性。因此，為了減小實際作用在明洞洞頂?shù)耐翂毫?，保證結(jié)構(gòu)安全，采用卸載措施降低土壓力就顯得尤為重
3、要。目前，對于高填黃土明洞卸載結(jié)構(gòu)特性及其土壓力尚沒有適宜的理論及計算方法，只能憑借隧道的土壓力計算方法或經(jīng)驗公式進(jìn)行計算，而不是針對高填黃土明洞卸載結(jié)構(gòu)本身的受力特點進(jìn)行計算。若土壓力取值偏大，將導(dǎo)致設(shè)計過分保守，使結(jié)構(gòu)造價及地基工程處理費用大大增加，造成經(jīng)濟(jì)上不必要的浪費；相反，若土壓力取值偏小，則實際過大的土壓力會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的開裂、滲漏或積水，甚至引起結(jié)構(gòu)破壞、垮塌，影響安全使用。為了保證明洞結(jié)構(gòu)正常使用要求，必須對其進(jìn)行加固維修，難度通常較大，不僅花費大量的人力、物力和財力，而且施工中造成交通不暢，產(chǎn)生不良影響，給交通管理部門帶來額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)
4、擔(dān)和巨大的社會壓力。因此，高填黃土明洞卸載結(jié)構(gòu)填土壓力特性及大小的確定成為制約結(jié)構(gòu)設(shè)計是否成功的關(guān)鍵。高填黃土明洞填土荷載大，跨度大，加之周圍地形、地質(zhì)情況復(fù)雜，使得明洞洞頂土壓力受眾多因素的影響。明洞及其卸載結(jié)構(gòu)洞頂土壓力主要受結(jié)構(gòu)尺寸、邊坡坡角、地基剛度、回填黃土特性等因素的影響，沿跨度方向的差異性比較大。此外，卸載材料(EPS板、土工格柵)特性及相互組合形式直接影響作用在明洞洞頂土壓力的大小，即卸載率的大小。正確認(rèn)識高填黃土明洞及其卸載結(jié)構(gòu)土壓力變化規(guī)律，明確各因素對明洞土壓力的影響，并形成合理的理論計算體系，避免土壓力過高或過低，使高填明洞結(jié)
5、構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，即在準(zhǔn)確指導(dǎo)高填明洞設(shè)計的同時，將顯著降低高填明洞施工成本。因此，有必要對高填黃土明洞及其卸載結(jié)構(gòu)土壓力分布規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)的試驗和理論研究，并進(jìn)一步得到其土壓力計算方法，為該類結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持，并具有非常重要的理論意義和工程實際意義。......1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1高填明洞研究現(xiàn)狀高填明洞設(shè)計方面，主要是側(cè)重于如何通過改變幾何型式、斷面型式和地基剛度來適應(yīng)高填土壓力。何光洪（2012年）對深基高填明洞受力進(jìn)行了分析，主要采用數(shù)值模擬方法分析了施工過程中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形及穩(wěn)定性，同時，對內(nèi)襯砌施作時機(jī)
6、對內(nèi)、外襯砌內(nèi)力的影響等也作了進(jìn)一步分析[2]；黃明琦（2008年）對明洞回填前后結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行了評價，采用荷載-結(jié)構(gòu)模型，通過數(shù)值模擬分析明洞回填前后結(jié)構(gòu)安全性，計算結(jié)果表明，若要繼續(xù)填土至設(shè)計標(biāo)高，須對地基進(jìn)行加固處理,增加填土內(nèi)摩擦角，提高隧道周圍土體的抗力,降低填土荷載[3]；阮映輝（2011年）對偏壓明洞襯砌在不同洞頂回填傾角下的受力進(jìn)行了分析，采用ANSYS建立有限元模型，分別計算5°、10°、15°、20°、25°填土坡度情況下，襯砌結(jié)構(gòu)受力情況和結(jié)構(gòu)安全性，隨著回填傾角的增大，拱腳處截面軸力比彎矩的增長速率快[4]；程正明（2012年
7、）對廈門翔安海底隧道軟基地段明洞不均勻沉降后的回填安全性和加固措施進(jìn)行了研究，采用數(shù)值模擬建立荷載-結(jié)構(gòu)分析模型，并根據(jù)現(xiàn)場情況，采取了有效的回填方案和后期加固處理措施，使不均勻沉降得到抑制，減小了裂縫的繼續(xù)發(fā)展[5]；楊雄（2013年）對超大跨度明洞襯砌結(jié)構(gòu)在超高回填荷載下結(jié)構(gòu)幾何型式和斷面型式的選擇進(jìn)行了探討，考慮結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性、施工可操作性，利用ANSYS建立有限元模型，研究適合于跨度大、回填荷載高的明洞襯砌結(jié)構(gòu)[6]；童勇江（2010年）對明洞洞頂合理填土高度進(jìn)行了分析，以一實際公路隧道明洞襯砌結(jié)構(gòu)為例，采用ANSYS有限元建立
8、梁單元計算模型，計算2m、4m、6m、8m、10m不同填土高度下明洞襯砌結(jié)構(gòu)變形、受力和安全性，得出了明洞襯
