地鐵振動荷載作用下飽和軟粘土性狀微觀研究的論文

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1、地鐵振動荷載作用下飽和軟粘土性狀微觀研究的論文摘要:位于或穿越飽和軟粘土層中的地鐵隧道在運營之后，沿軸線產(chǎn)生較大的沉降量，很大程度上與飽和軟粘土在地鐵振動荷載作用下土體微觀結(jié)構(gòu)的變形和破壞、發(fā)生殘余變形有關(guān)?通過掃描電鏡試驗對飽和軟粘土顆粒的微觀性狀進行了研究，從土的微結(jié)構(gòu)基本單元的形狀和大小、基本單元體的接觸狀態(tài)、基本單元體間的聯(lián)結(jié)形式、孔隙的形狀和大小以及土體變形3個階段的力學(xué)特性等方面進行較深入的研究?另外，將原狀土和循環(huán)三軸試驗破壞后兩種狀態(tài)的土樣作了對比，從微觀的角度解釋了土體的變形機理?研究成果對有效控制、避免或減

2、輕隧道經(jīng)過地區(qū)地面沉降災(zāi)害的發(fā)生，指導(dǎo)地鐵工程的設(shè)計、施工以及地鐵運行后沉降的預(yù)測評價和防治等提供了有價值的參考.關(guān)鍵詞:隧道工程;地鐵振動荷載;飽和軟粘土;微觀結(jié)構(gòu);變形機理飽和軟粘土地區(qū)城市（如上海、杭州、廣州.天津等地區(qū)）人口眾多、房屋密集、街道狹窄、車輛擁擠，建設(shè)立體交通網(wǎng)絡(luò)是解決交通擁擠狀況的重要途徑，而地鐵建設(shè)就是其中的一個重要組成部分?例如，根據(jù)上海市交通規(guī)劃，在“十五”期間要建設(shè)200km的地鐵，遠(yuǎn)期規(guī)劃將投資2000億元用于地鐵建設(shè)，使總里程達到780km.根據(jù)已經(jīng)營運的1，2號地鐵線和正在建設(shè)的地鐵，其設(shè)計

3、深度大多位于或穿越飽和軟粘土層?在地鐵運營中，幾乎在整條線路上都有沉降，而且在某些地段上會岀現(xiàn)較大的沉降量?根據(jù)有關(guān)監(jiān)測資料，上海地鐵1號線隧道在某些區(qū)段軸線沉降量比較大［1］，很大程度上與飽和軟粘土在地鐵循環(huán)振動荷載作用下土體微觀結(jié)構(gòu)的變形和破壞及發(fā)生的殘余變形有關(guān).伴隨孔隙水壓力變化的就是土體微結(jié)構(gòu)的變化，雖然國內(nèi)外有許多學(xué)者都在進行土體微結(jié)構(gòu)方面的研究，并取得了可喜的成就，但真正研究地鐵振動荷載作用下飽和軟粘土微結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律也不多見?粘土不存在像晶體結(jié)構(gòu)或分子結(jié)構(gòu)那樣固定而規(guī)整的組合模式，顆粒排列十分復(fù)雜，具有相當(dāng)大的

4、隨機性?在循環(huán)振動荷載作用下，土體變形和位移主要由內(nèi)部結(jié)構(gòu)所致，結(jié)構(gòu)單元體在土體變形過程中處于一種動態(tài)平衡，不同的時空土體微觀結(jié)構(gòu)具有其獨特的變化特征?雖然國內(nèi)外對粘土微觀結(jié)構(gòu)研究取得了許多研究成果，但大多處于理論探索階段，真正利用微觀結(jié)構(gòu)研究取得的成果來解決具體的工程問題尚不多見.由于飽和軟粘土具有孔隙比大、天然含水量高、滲透性弱、壓縮性高、抗剪強度低等特點，其工程性狀也表現(xiàn)出自身特有的規(guī)律?因此，系統(tǒng)深入地開展對飽和軟粘土微結(jié)構(gòu)變形和破壞機理的研究，不僅對有效控制、避免或減輕地面沉降災(zāi)害的發(fā)生，指導(dǎo)地鐵工程的設(shè)計、施工以及

5、地鐵運行后沉降的預(yù)測評價和防治等，而且對弄清不同循環(huán)荷載和不同振動頻率作用下飽和軟粘土的物理力學(xué)響應(yīng)、應(yīng)力應(yīng)變特性、微結(jié)構(gòu)的破壞特征及其過程、孔隙水壓力消散等均具有重要的理論價值和實際意義.筆者以飽和軟粘土在地鐵振動荷載作用下的物理力學(xué)特性研究為基礎(chǔ)，以飽和軟粘土微觀結(jié)構(gòu)變形和破壞機理為目標(biāo)，利用掃描電鏡試驗，結(jié)合循環(huán)三軸試驗對地鐵振動荷載作用下隧道周圍飽和軟粘土的動力性狀的影響開展有關(guān)研究工作?通過本課題的研究，有望對飽和軟粘土微觀結(jié)構(gòu)變形和破壞機理方面做出一點學(xué)術(shù)探索性工作.1樣品制備筆者以上海地鐵建設(shè)中飽和軟粘土的微觀結(jié)

6、構(gòu)及其工程性狀為研究對象，進行微觀結(jié)構(gòu)變化機理的研究?由于上海飽和軟粘土地區(qū)地鐵埋深大多在地表以下8?17m左右，地鐵隧道周圍的土體主要是第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和第④層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，因此本次研究的主要對象是第③層和第④層的飽和軟粘土.試樣可分為兩種:原狀土試樣和循環(huán)三軸試驗破壞后土試樣.nm.為了保證掃描電鏡觀察的微結(jié)構(gòu)圖像真正反映試樣本來的形貌，對試樣的制備必須滿足以下要求[2]:①采集的樣品必須保持其原來的狀態(tài)（包括原狀土和循環(huán)三軸試驗破壞后兩種狀態(tài)的樣品）?②土樣在失水干燥過程中，應(yīng)盡量避免形變?③試樣制備時，觀察表面不

7、要受到擾動和破壞?④噴鍍導(dǎo)電物質(zhì)的厚度要適宜?根據(jù)樣品不同，厚薄不一?如土樣噴鍍金膜其厚度一般在20?50用于微結(jié)構(gòu)研究的土樣制備流程為[3]:①按要求取土樣的一部分?當(dāng)土仍有一定的含水量時，用手掰開，盡量不用機械刀具等?粘性較大的土樣不易掰開，如果其內(nèi)部有光滑面存在，則很容易沿著光滑面掰開，而所觀察的微結(jié)構(gòu)形態(tài)則是該部分光滑面的微結(jié)構(gòu)的特征?所以制備試樣時，注意選取能代表該土樣微結(jié)構(gòu)特征的部位?②將土樣按觀察的方向掰成一定尺寸的大小，然后在放大鏡下選取斷面較平整的試樣?③將上述制好的試樣進行干燥，本次試驗采用烘干法干燥?試樣

8、在烘干箱內(nèi)保持一定的溫度（小于100°C）和時間進行烘干?④將干燥的試樣置于噴鍍儀中，噴鍍一層導(dǎo)電物質(zhì)（金或碳金）.按照上述的方法和要求，將循環(huán)三軸試驗前后的土樣制備成符合要求的試樣.2首矗:亦掃描電鏡下的土顆粒的接觸狀態(tài)、形狀、大小、聯(lián)結(jié)形式以及孔隙的形狀和大小進行觀察和描