土拱靜力性能及荷載傳遞機制研究

　　城市軌道交通不僅節(jié)省了城市地面空間，還舒緩了地面交通壓力，目前已成為解決城市交通擁堵、大氣污染等問題的主要方式，但在人們享受軌道交通帶來便利的同時，也碰到了諸多安全問題，隧洞地層變形和差異變形、地表路面變形、周邊建筑物傾斜甚至倒塌、襯砌開裂及縱向開裂等。同時，我國中西部地區(qū)分布著大面積的黃土窯洞建筑，它具有因地制宜、融于自然、綠色環(huán)保、節(jié)約耕地等優(yōu)點，在解決農(nóng)村居民的住房問題、節(jié)約建筑資源、減少建筑污染等方面具有重大的現(xiàn)實意義。在近百年的傳承中，黃土窯洞長期受自然環(huán)境風(fēng)化侵蝕與窯頂滲水受潮及干燥的反復(fù)作用，再加上人為的破壞及保護不夠重視，使得黃土窯洞處于土體松動、局部坍塌、節(jié)理遍布、滲水漏雨、接口開裂、承載力不足等多種病害纏身的復(fù)雜狀態(tài)，甚至有的窯洞處于即將坍塌的危險狀態(tài)。土拱作為黃土隧洞的承載結(jié)構(gòu)決定其安全穩(wěn)定性，研究土拱靜態(tài)力學(xué)行為及荷載傳遞機制可為黃土隧洞準(zhǔn)確設(shè)計施工、科學(xué)評估其安全性能、制定科學(xué)合理的加固方案提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。同時，有效利用土體的“拱效應(yīng)”有利于降低黃土隧洞的建設(shè)成本。基于黃土隧洞材料離散性和構(gòu)造特殊性，黃土隧洞的力學(xué)行為和變形規(guī)律等方面研究較少，對結(jié)構(gòu)受力破壞尚未開展相關(guān)研究。本文基于位移控制的土拱模型豎向靜力加載試驗和有限元分析，研究土拱靜態(tài)力學(xué)行為及荷載傳遞機制，找出土拱結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)下的薄弱部位及“拱效應(yīng)”區(qū)域，為黃土隧洞的設(shè)計施工、安全評估及加固保護提供理論支撐。

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