青岛全风化砂岩场地地铁运行下长期沉降预测方法

During the subway operation period, the long-term settlement of the weak basement for the tunnel foundation has become an important safety problem affecting the normal operation of the subway. Qingdao subway has a number of interval tunnels passing through the completely weathered sandstone layer, which has the characteristics of complex distribution, poor cementation, low strength, poor stability, large deformation. Based on the background of Qingdao completely weathered sandstone subway site, the dynamic deformation characteristics would be analyzed. Based on the numerical simulation method, the repeated numerical calculation under different working conditions and different influencing factors would be carried out to study the vibration response characteristics of the surrounding rock. Based on the dynamic triaxial test, the long-term settlement prediction model of surrounding rock will be established. The influence of tunnel depth, train speed and train axle weight on the cumulative deformation of tunnel surrounding rock will be analyzed by dynamic finite element numerical simulation of vibration response for tunnel surrounding rock.

地铁隧道在投入运营后，隧道基底软弱围岩的长期沉降问题已成为影响地铁正常运行的重要安全性问题。青岛地铁有多处区间隧道穿越全风化砂岩层，砂岩层具有分布复杂、胶结力差、强度低、稳定性差、变形量大的特点。本项目以青岛地铁全风化砂岩场地为背景，对全风化砂岩的动力变形特性进行试验分析。采用数值模拟，进行不同工况、不同影响因素下的反复数值计算，研究其对围岩的振动响应特性。以室内动三轴试验为基础，建立地铁运行下围岩长期沉降预测模型，并结合隧道围岩振动响应的动力有限元数值模拟，分析隧道埋深、列车速度、列车轴重等因素对隧道围岩累积变形的影响。

地铁隧道在投入运营后，隧道基底软弱围岩的长期沉降问题已成为影响地铁正常运行的重要安全性问题。青岛地铁有多处区间隧道穿越全风化砂岩层，砂岩层具有分布复杂、胶结力差、强度低、稳定性差、变形量大的特点。本项目以青岛地铁全风化砂岩场地为背景，通过室内试验及数值模拟对全风化砂岩的动力变形特性及影响因素进行分析。.（1）根据青岛地区各砂层段物理力学基础试验可知，青岛全风化砂岩层中渗透系数与粘粒含量呈反比，粘聚力大小与粘粒含量呈正比。由于地势起伏较大，花岗岩地层为主，砂层分布不均匀，各砂层差异比较大，但均有含量较多的粘粒，最高粘粒含量可达26.3%。.（2）基于室内共振柱试验，青岛地区全风化砂岩层动剪切模量随应变的增加而减小，随干密度、有效围压的增加而增加，随黏粒含量的增加而减小；含黏粒砂土阻尼比随应变的增加而增加，随黏粒含量的增加而增加。.（3）基于室内动三轴试验，青岛地区全风化砂岩随着循环振动次数的增加，滞回圈的面积减小，一次循环的塑性累计应变量也减小。相同循环振动次数条件下，有效围压越大，累计沉降越小，孔压比越小；在相同围压作用下，频率越高，累计轴向应变越小，孔压比与累计轴向应变的增长趋势一致。通过Barksdale模型、Monismith模型对试验数据进行预测，发现Barksdale模型预测效果更好。.（4）采用采用多体动力学软件Simpack与有限元软件Abaqus联合仿真建立车轨刚柔耦合模型，进行不同工况、不同影响因素下的反复数值计算，研究可知，基底竖向加速度幅值随列车速度的增加而增大，但主频大致相同，主要集中在100Hz-200Hz之间，属于高频率带范畴。对于不同道床形式，其中橡胶减振垫浮置板道床减振效果最佳，整体式道床抗变形能力最强。