粉土地层盾构隧道动力特性及抗液化技术

本书在调研国内外相关研究成果的基础上，结合天津地铁5号线及在建的7号线一期工程，系统地介绍了天津地铁盾构隧道粉土地层的特点，研究了8度地展与列车振动条件下盾构隧道动力特性及其抗液化技术，为天津地区粉土地层盾构隧道设计与施工提供了一定的理论依据。本书的主要内容包括：可液化粉土地层动力特性及其液化机理；可液化地层盾构隧道结构动力分析理论；运营条件下列车振动荷载对液化土层和盾构隧道的影响；强震作用下粉土地层盾构隧道动力响应；高烈度地震区粉土地层盾构隧道抗液化技术；强震作用下粉土地层盾构隧道抗液化技术振动台试验。本书结构条理清晰，阐述深入浅出，重视基本理论，突破关键内容，展示新思路，追求创新，便于读者全面掌握地作用下粉土地层构隧道抗液化技术。本书适合岩土工程、隧道及地下工程等相关领域的高校教师和研究生阅读，也可以供从事隧道工程施工与设计的技术人员及科研人员学习参考。

第1章 绪论 1
1.1 城市地铁建设中砂土/粉土液化问题 1
1.2 隧道与地下工程的抗液化技术研究现状 2
1.2.1 地震条件下液化土层处治及现象分析 2
1.2.2 国内城市地下工程砂土液化研究现状 3
1.2.3 可液化地基地下结构的地震响应及危害研究 7
1.2.4 列车循环荷载作用下周围环境振动问题研究 8
1.3 本书主要内容 10
第2章 天津地铁饱和粉土可液化土层概况 12
2.1 天津地铁概况 12
2.1.1 天津地铁整体线路介绍 12
2.1.2 天津地铁5号线盾构隧道结构 13
2.1.3 天津地铁7号线盾构隧道结构 13
2.2 典型线路粉土液化土层地质概况 14
2.2.1 天津地铁5号线典型可液化土层概况 14
2.2.2 天津地铁7号线一期可液化土层概况 15
第3章 可液化粉土地层动力特性及其液化机理 19
3.1 粉土地层的物理特性 19
3.1.1 粉土物理力学及工程性质 19
3.1.2 粉土的成因及分类 19
3.1.3 天津可液化粉土基本物理力学性质 20
3.2 粉土液化机理及其影响因素 27
3.2.1 粉土地层液化机理 27
3.2.2 粉土液化影响因素 28
3.2.3 地震动作用下粉土孔隙水压力变化规律 29
3.3 粉土地层液化判别方法 31
3.3.1 液化评估方法 31
3.3.2 基于现场试验的地基液化势评估方法 33
3.4 天津地铁粉土液化判别 37
3.4.1 标准贯入击数判别法 37
3.4.2 Seed简化法的液化判别 38
3.5 本章小结 38
第4章 可液化地层盾构隧道结构动力分析理论 40
4.1 盾构隧道动力特性分析理论 40
4.1.1 地基动力响应分析 40
4.1.2 隧道结构的抗震研究方法 41
4.2 可液化地层与盾构隧道动力相互作用研究 43
4.2.1 盾构隧道可液化地基稳定性 43
4.2.2 盾构隧道可液化地基反应评价 45
4.3 动力分析数值计算基本理论 45
4.3.1 有限差分法基本理论 45
4.3.2 可液化粉土的动本构模型 46
4.3.3 可液化粉土的动力反应分析 47
4.3.4 可液化粉土孔隙水压力增长模型 48
4.3.5 液化地层隧道结构动力分析模型 52
4.4 本章小结 53
第5章 列车荷载作用下粉土地层及盾构隧道动力响应 55
5.1 地铁列车-轨道垂向耦合动力学模型 55
5.1.1 地铁列车及轨道系统动力学建模 55
5.1.2 列车车辆系统振动动力学方程 58
5.1.3 无砟轨道结构振动方程 59
5.1.4 数值求解方法 61
5.1.5 天津地铁列车计算参数 61
5.2 运营列车荷载特性 63
5.2.1 轨道不平顺影响 63
5.2.2 时域不平顺性曲线模拟 66
5.2.3 扣件荷载特征 67
5.2.4 载客状态影响 70
5.3 天津地铁列车振动对饱和粉土地层及盾构隧道结构动力特性的影响 73
5.3.1 计算模型建立 73
5.3.2 列车振动对盾构隧道结构的影响 74
5.3.3 列车振动对粉土地层的影响 78
5.4 天津地铁典型可液化地层区间列车振动测试与分析 95
5.4.1 典型可液化地层区间概况 95
5.4.2 列车振动测试方案 96
5.4.3 列车振动测试结果与分析 104
5.4.4 小结 111
5.5 列车振动荷载饱和粉土地层盾构隧道动力响应模型试验 111
5.5.1 列车振动盾构隧道模型试验方案 111
5.5.2 列车荷载作用下天津饱和粉土地层盾构隧道模型动力响应 117
5.6 本章小结 123
第6章 地震作用下粉土地层盾构隧道动力响应 125
6.1 盾构隧道计算模型 125
6.1.1 计算模型建立 125
6.1.2 地层参数及本构模型 126
6.1.3 输入地震波 127
6.1.4 数值试验孔隙水压力模型及液化准则 128
6.2 单双洞隧道形式对粉土地层隧道结构动力响应的影响 131
6.2.1 计算工况 131
6.2.2 结果分析 132
6.3 隧道埋深对粉土地层及隧道结构动力响应的影响 139
6.3.1 计算工况 139
6.3.2 结果分析 140
6.4 粉土地层位置变化对隧道结构的动力响应影响 151
6.4.1 计算工况 151
6.4.2 结果分析 152
6.5 隧道横向间距对天津粉土地层及隧道结构动力响应的影响 159
6.5.1 计算工况 159
6.5.2 结果分析 159
6.6 隧道竖向间距对粉土地层隧道结构动力响应的影响 168
6.6.1 计算工况 168
6.6.2 结果分析 169
6.7 本章小结 179
第7章 强震作用下粉土地层盾构隧道抗液化技术 181
7.1 可液化地基常见整治技术 181
7.2 强震作用下天津粉土地层盾构隧道抗液化设计方法 183
7.2.1 盾构隧道抗液化处理原则 183
7.2.2 地震动作用下盾构隧道结构抗液化设计思路及措施 186
7.3 饱和粉土层隧道抗液化处置技术比选 188
7.3.1 粉土地层盾构隧道注浆加固法抗液化技术研究 188
7.3.2 粉土地层盾构隧道排水桩法抗液化技术研究 198
7.3.3 粉土地层盾构隧道降饱和度抗液化技术研究 204
7.3.4 抗液化措施效果对比分析 215
7.4 饱和粉土层隧道降饱和度抗液化性能研究 217
7.4.1 计算模型及参数 217
7.4.2 饱和粉土超孔隙水压力比变化规律分析 219
7.4.3 饱和粉土超静孔隙水压力变化规律分析 221
7.4.4 土体及隧道结构变形规律分析 222
7.5 本章小结 223
第8章 强震作用下粉土地层盾构隧道抗液化振动台模型试验 225
8.1 概述 225
8.2 大型振动台模型试验相似理论及相似参数设计 225
8.2.1 相似**定理(相似正定理) 226
8.2.2 相似第二定理(相似 定理) 228
8.2.3 模型试验相似参数 229
8.3 大型振动台试验模型试验相似材料配制 230
8.3.1 模型地基材料的选取与制备方法 230
8.3.2 模型结构衬砌材料的选取与制备方法 232
8.4 粉土地层盾构隧道振动台模型试验方案设计 236
8.4.1 振动台模型试验方案 236
8.4.2 模型箱设计 242
8.4.3 地震模拟振动台参数及数据采集系统 247
8.4.4 振动台模型实验测试方案 248
8.5 强震作用下可液化粉土地层盾构隧道抗液化性能研究 255
8.5.1 可液化粉土地层盾构隧道加速度反应研究 255
8.5.2 模型地基土孔隙水压力发展规律及其空间效应研究 268
8.5.3 模型地基土表面液化震害特征研究 270
8.5.4 盾构隧道模型结构峰值应变及其空间效应研究 273
8.5.5 模型试验抗液化措施有效性研究 279
8.6 本章小结 290
参考文献 293