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·２３２６·岩石力学与工程学报２００８焦
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（ａ）纵剖面图
∞立体图
图ｌ地裂缝与地铁隧道结构模型示意图（单位：ｍ）
Ｆｉｇ．１Ｓｋｅｔｃｈｏｆｇｒｏｕｎｄｆｉｓｓｕｒｅａｎｄｔｕｎｎｅｌｍｏｄｅｌ（ｕｎｉｔ：ｍ）
２．３试验装置
本次模型试验在长安大学大型地基沉降试验室进行，试验设备由升降系统、支撑系统和监测系统组成。升降系统由多个量程１００ｔ的千斤顶和工控机及若干传感器组成（见图２），升降系统中千斤顶为等间距成排布设，通过升降系统可以控制沉降平台的下降速度模拟地裂缝上盘下降。支撑系统由试验平台与其两侧钢结构侧板组成。监测系统包括监测元件和数据采集系统，试验中使用的监测系统包括应变传感器、位移传感器和微型压力盒等。应变式测试元件数据由ＤＨ一３８１６数据采集系统采集，振弦式测试元件数据由ＱＬＡ一２型智能频率仪进行采集。试验模型装置横剖面如图３所示。
２．４试验量测内容
（１）隧道衬砌应变。沿纵向在模型结构上下顶底４个侧壁内部钢筋上和衬砌内外表面黏贴应变片，测试地裂缝不同位错量５＝０，２，４，…，２０ｃｍ（相当于原型０，１０，２０，…，１００ｃｍ）作用下地铁隧道衬砌的受力变形规律。
（２）隧道衬砌的收敛变形。在地铁隧道衬砌内部，从结构受力较大的地裂缝位置处开始上下盘各布置两环高精度位移计，间距１．０ｍ，共计５环，测试地裂缝作用下衬砌结构的收敛变形情况。
（３）隧道衬砌与土体间的接触压力。混凝土衬砌表面预埋设微型压力盒，测试地裂缝不同位错量（ｓ）作用下土与结构之间接触压力的变化。隧道结
（ｂ）工控机
图２升降控制系统
Ｆｉｇ．２Ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｍｏｄｅｌｅｌｅｖａｔｉｏｎ
图３试验模型装置横剖面示意图（单位：ｒｏｌｌｌ）Ｆｉｇ．３Ｓｅｃｔｉｏｎｓｋｅｔｃｈｏｆｍｏｄｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
（ｕｎｉｔ：ｍｍ）
构模型测点布置如图４所示。
３试验模型设计
３．１相似比例
地裂缝作用下隧道衬砌的受力变形状态十分复杂，属于严格的三维问题。本次模型试验几何相似常数取ｑ＝５，重度相似常数取Ｃ＝ｌ，根据相似理论【”ｌ，列出多项式和相似准则方程，可计算各主要物理量的相似比如下：ｃＥ＝１；Ｃ。＝ｌ；Ｃｏ＝ｌ：ｑ＝ｌ；％＝５；Ｑ＝５；ｑ
２２５；％＝５； 万方数据
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·２３３０·岩石力学与工程学报２００８笠
量
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位置『ｍ
图１３隧道侧壁测点位移变化曲线
Ｆｉｇ．１３Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｖａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖ嚣ｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓｉｎ
ｓｉｄｅ．ｗａｌｌｏｆｔｕｎｎｅｌ
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’／＋ｓ＝２ｃｍ
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ｓ＝６Ｃｍ
Ｎ乡易毒—●一ｊ＝８Ｓｃｍ—●ｊ＝１０ｃｍ
上盘＋；冀篇
—●一Ｊ＝２０ｃｍ
结
地
０．００．５１．０ｌ５２．０２．５３．０
Ｌ／ｍ
（ａ）结构顶部裂缝分布图
（ｂ）开挖后结构破坏纵剖面图
图１５隧道结构模型变形破坏示意图
Ｆｉｇ．１５
Ｓｃｈｅｍｅｏｆｆａｉｌｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｏｄｅｌｔｕｎｎｅｌａｆｔｅｒ
ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
位置，ｍ
衬砌顶部。当拉应力超出了衬砌抗拉强度后，位于
图１４隧道项部测点位移变化曲线
下盘的隧道其顶部出现开裂，随着地裂缝垂直位移
Ｆｉｇ·１４Ｄｉｓｐｌ揪拥咖Ｖａｒｊａｔｉｏｎｃｕｒｖ嚣。‘泖ｍ硎‘砸Ｊ１９ｐ。№
量进一步增大，衬砌顶部拉张裂纹不断向两侧壁扩ｏｆｔｕｎｎｅｌ—一…’’一…’。’…’…７’。’。…’。’———’’
展，致使衬砌产生环向开裂。
外位移，且位于下盘的衬砌结构项部受拉程度明显
大于位于上盘的结构。在距地裂缝１．０ｍ处的下盘测点Ｄ向外的位移最大，说明在距实际地裂缝５．０ｍ附近的下盘，隧道衬砌最容易出现开裂，产生拉破坏。
４．５衬砌结构破坏特征分析
根据试验过程中隧道结构内部监测和开挖后的观测结果，随着地裂缝上盘下降，位于上盘的隧道衬砌结构底部与土体脱空，位于地裂缝下盘的结构顶部受拉，当地裂缝上盘沉降量达到４ｃｍ（实际地裂缝垂直位移量２０ｃｍ）时，隧道衬砌结构在下盘０．５ｍ（原型２．５ｍ）附近首先出现开裂，随着沉降量进一步增大，下盘结构顶部相继产生多处拉张裂纹，集中在下盘距地裂缝Ｏ．２～２．８ｍ的范围内（相当于原型地裂缝下盘１４．０ｍ范围内），而位于上盘的结构未出现裂纹（见图１５）。由此可判断，地裂缝作用下隧道衬砌结构的变形破坏主要为拉张破坏。地裂缝上盘下降时，产生拉应力的部位主要集中在下盘５结论
（１）随地裂缝活动量的增加，土与隧道间的接触压力在隧道顶部表现为上盘明显增大下盘减小的趋势，在上盘２０ｍ范围内接触压力增加较大，在下盘１５ｍ范围内减小较大；在隧道底部则表现为上盘减小直至为０，下盘则明显增大，且上盘减小范围为地裂缝上盘的ｌＯｍ范围内，下盘增大范围为下盘的１５ｍ范围。当实际地裂缝位错量达到２０ｃｍ时，位于上盘的隧道底部出现脱空现象，应及时采取注浆或其他地基处理措旌。
（２）地裂缝作用下隧道底板钢筋无论上盘还是下盘基本处于受压状态；项板下盘钢筋受拉，且当实际地裂缝活动量达到２０ｃｍ时距地裂缝１１．０ｍ处钢筋产生塑性变形，上盘则表现为先受拉后受压；南北侧壁钢筋上盘均处于受压状态，下盘处于受拉
状态，拉压程度随着地裂缝活动量的增大而增大，
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地裂缝对地铁明挖整体式衬砌隧道影响机制的模型试验研究
作者：黄强兵， 彭建兵， 门玉明， 闫金凯， 石玉玲， HUANG Qiangbing， PENG Jianbing，MEN Yuming， YAN Jinkai， SHI Yuling
作者单位：黄强兵,HUANG Qiangbing(长安大学地质工程系,陕西西安710054;长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室,陕西西安710054;长安大学国土资源部岩土工程开放研究实验室
,陕西西安710054)， 彭建兵,石玉玲,PENG Jianbing,SHI Yuling(长安大学地质工程系,陕
西西安710054;长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室,陕西西安710054)， 门
玉明,MEN Yuming(长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室,陕西西安710054;长
安大学国土资源部岩土工程开放研究实验室,陕西西安710054)， 闫金凯,YAN Jinkai(长安
大学地质工程系,陕西西安,710054)
刊名：
岩石力学与工程学报
英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
年，卷(期)：2008,27(11)
被引用次数：19次
1.陕西省建设厅DBJ 61-6-2006;J 10-19821-2006.西安地裂缝场地勘察与工程设计规程 2006
2.张家明西安她裂缝研究 1990
3.LEE C F;ZHANG J M;ZHANG Y X Evolution and origin of the groond fissures in Xi'an,China 1996(01)
4.LI Y L;YANG J C;HUXM Origin of grotmd fiesures in the Shanxi Graben System,Northern China[外文期刊] 2000(04)
5.朱慕仁;张家明西安地裂缝及其工程地质意义 1982(05)
6.王景明地裂缝及其灾害的理论分析与应用 2000
7.彭建兵渭河盆地活动断裂与地质灾害 1992
8.黄强兵;彭建兵;范文西安地铁2号线沿线地裂缝未来位错量估算及工程分级[期刊论文]-工程地质学报 2007(04)
9.唐志成;何川;林刚地铁盾构隧道管片结构力学行为模型试验研究[期刊论文]-岩土工程学报 2005(01)
10.周晓敏;王梦恕;陶龙光北京地铁隧道冻结和暗挖施工模型试验与实测研究[期刊论文]-岩土工程学报 2003(06)
11.何川;封坤;杨雄南京长江隧道超大断面管片衬砌结构体的相似模型试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报2007(11)
12.朱合华;徐前卫;廖少明土压平衡盾构施工的顶进力模型试验研究[期刊论文]-岩土力学 2007(08)
13.杨俊杰相似理论与结构模型试验 2005
1.焦长洲.高波.JIAO Changzhou.GAO Bo隧道式锚碇与上覆隧道相互作用的力学性能研究[期刊论文]-中国铁道科学2008,29(5)
2.邱道宏.陈剑平.肖云华.秦胜伍.QIU Dao-hong.CHEN Jian-ping.XIAO Yun-hua.QIN Sheng-wu分离式隧道非同步开挖岩爆预测研究[期刊论文]-岩土力学2009,30(2)
3.刘艳青.钟世航.卢汝绥.马荣田.Liu Yanqing.Zhong Shihang.Lu Rusui.Ma Rongtian小净距并行隧道力学状态的试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报2000,19(5)
4.邬爱清.彭元诚.黄正加.朱杰兵.WU Aiqing.PENG Yuancheng.HUANG Zhengjia.ZHU Jiebing超大跨度悬索桥隧道锚承载特性的岩石力学综合研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报2010,29(3)
5.黄强兵.彭建兵.王启耀.高虎艳.HUANG Qiangbing.PENG Jianbing.WANG Qiyao.GAO Huyan地铁隧道穿越地裂缝带的结构抗裂预留位移量[期刊论文]-岩石力学与工程学报2010,29(z1)
6.黎高辉.吴从师.邓泷波.韦晓阳.黎晨.LI Gao-hui.WU Cong-shi.DENG Long-bo.WEI Xiao-yang.LI Chen悬索桥隧道式锚碇和下穿公路隧道相互作用机制研究[期刊论文]-岩土力学2010,31(z1)
7.何川.封坤.杨雄.HE Chuan.FENG Kun.YANG Xiong南京长江隧道超大断面管片衬砌结构体的相似模型试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报2007,26(11)
8.张庆松.李术才.李利平.ZHANG Qingsong.LI Shucai.LI Liping分岔隧道大拱段围岩稳定性监控与爆破振动效应分析[期刊论文]-岩石力学与工程学报2008,27(7)
9.杨小礼.黄波.王作伟.YANG Xiao-li.HUANG Bo.WANG Zuo-wei水平地震力作用下浅埋偏压隧道松动围岩压力的研究[期刊论文]-中南大学学报（自然科学版）2010,41(3)
10.彭建兵.胡志平.门玉明.姬永尚.赵振荣.PENG Jianbing.HU Zhiping.MEN Yuming.JI Yongshang.ZHAO Zhenrong马蹄形隧道40°斜穿地裂缝的变形破坏机制试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报2009,28(11)
1.王来贵.初影.赵娜采煤引起地表裂缝数值模拟研究[期刊论文]-沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2010(6)
2.袁立群.门玉明.刘洪佳.刘蕾西安出露及隐伏地裂缝与地铁隧道相互作用数值模拟分析[期刊论文]-灾害学2013(2)
3.张结红.刘洋.李凯玲.门玉明地裂缝环境下马蹄形地铁隧道与土体相互作用的研究[期刊论文]-防灾减灾工程学报 2011(3)
4.黄强兵.彭建兵.高虎艳.王海祥地铁隧道斜交穿越地裂缝带的纵向设防长度[期刊论文]-铁道学报 2010(1)
5.刘新军西安地铁穿越地裂缝带支护结构设计研究[期刊论文]-中全生产科学技术 2012(2)
6.李凯玲.门玉明.刘洋.姜容地裂缝剖面形态对地铁隧道变形影响模型试验研究[期刊论文]-岩土力学 2011(6)
7.李凯玲.门玉明.严静平.李寻昌地铁隧道正交穿越地裂缝的相互作用机制试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报 2011(3)
8.门玉明.严静平.李凯玲西安地铁穿越地裂缝带的隧道结构变形特征研究[期刊论文]-安全与环境学报 2011(4)
9.黄强兵.彭建兵.门玉明.李珂分段柔性接头地铁隧道适应地裂缝大变形的模型试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报 2010(8)
10.邓国华.佘芳涛地裂缝场地隧道结构与围岩作用机理[期刊论文]-都市快轨交通 2011(1)
11.门玉明.张结红.刘洪佳.韩冬冬.王海英西安地铁隧道穿越地裂缝带的计算模型探讨[期刊论文]-地球科学与环境学报 2011(1)
12.李建军.邵生俊.熊田芳隧道斜交穿越地裂缝的模型试验研究[期刊论文]-岩土力学 2010(z1)
13.黄强兵.彭建兵.王启耀.高虎艳地铁隧道穿越地裂缝带的结构抗裂预留位移量[期刊论文]-岩石力学与工程学报 2010(z1)
14.刘学增.王煦霖.林亮伦75°倾角正断层黏滑错动对公路隧道影响的模型试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报 2013(8)
15.刘学增.林亮伦75°倾角逆断层黏滑错动对公路隧道影响的模型试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报2011(12)
16.刘东燕.黄伟.罗丽娟.李东升.赵宝云箱型地铁隧道斜穿地裂缝时扭转变形的解析解[期刊论文]-土木建筑与环境工程 2013(1)
17.黄强兵.彭建兵.邓亚虹.范文西安地铁2号线隧道穿越地裂缝带的设防参数[期刊论文]-岩土力学 2010(9)
18.黄强兵.彭建兵.闫金凯.陈立伟地裂缝活动对土体应力与变形影响的试验研究[期刊论文]-岩土力学 2009(4)
19.来弘鹏.郑甲佳.谢永利黄土地区浅埋暗挖地铁隧道围岩压力特征研究[期刊论文]-铁道学报 2012(3)引用本文格式：黄强兵.彭建兵.门玉明.闫金凯.石玉玲.HUANG Qiangbing.PENG Jianbing.MEN Yuming.YAN Jinkai .SHI Yuling地裂缝对地铁明挖整体式衬砌隧道影响机制的模型试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报
2008(11)下载本文
