西安地铁四号线沿线长安地裂缝研究

采用地面调查、钻探和槽探等方法,对临潼—长安断裂带内西安地铁四号线沿线的长安地裂缝进行了研究。钻探剖面显示,在地面高程变化梯度最大处附近存在地裂缝异常,异常两侧的古土壤标志层出现明显错断。对其中一处异常进行了大型探槽开挖,探槽两侧壁剖面显示:地裂缝带由1条主缝和数条次缝组成;主缝走向平行于临潼—长安断裂,南东盘相对下降,倾向南东,与临潼—长安断裂倾向相反,倾角80°～85°;主缝错断古土壤层1.1m,相对于上升盘,地裂缝下降盘地层厚度变大。研究结果表明,长安地裂缝发育在特定的构造地貌部位,即临潼—长安断裂带内"梁洼"地貌黄土梁南侧高程变化梯度最大处附近,由构造活动引起,具有正断层性质和生长断层性质,与西安地裂缝具有相同的构造特征。     

地铁隧道穿越地裂缝带的物理模型试验研究

 根据西安地裂缝的分布特征与活动方式,结合西安地铁2号线的走向,建立地质模型,通过物理模型试验来研究地裂缝对地铁隧道的影响。由试验结果可知：地裂缝环境下隧道结构的受力、变形模式相当于一悬臂式弹性地基梁,处于拉、压的受力状态,受拉变形区主要在固定盘距裂缝20～80 cm范围内的衬砌顶部,受压区则主要分布在下降盘距裂缝20 cm至固定盘距裂缝80 cm范围内的衬砌底部;地裂缝的活动增加了下降盘内隧道顶部的竖向围岩压力,同时减小了该范围内衬砌底部的竖向围岩压力;地裂缝环境下隧道衬砌的破坏模式以环向开裂为主,次生裂缝的发展则受张剪区的控制,主要形成阶梯形、“y”形的贯通裂缝。在试验分析的基础上,提出地铁隧道穿越地裂带时的设防范围及设防位置     

西安地裂缝对临近高层结构的影响研究

由于自然地质作用和人为活动影响,西安出现了严重的地裂缝和地面沉降灾害。基于活动性较弱或趋于稳定的地裂缝,从西安地区裂缝的成因、分布入手,以一个实际工程案例为背景,采用ETABS有限元软件,建立原结构的三维有限元分析模型,依据上盘地裂缝影响区20m范围内的沉降观测数据,对一个18层剪力墙结构模型作为研究,对在影响区内不同的距离对结构的变形进行了分析和对比,对确定合理的安全避让距离提供了一定的理论依据。     

地裂缝活动对跨越裂缝带地铁隧道的影响分析

根据西安地裂缝的分布特征与活动方式,结合西安地铁二号线的实际情况,建立地质模型。通过数值计算,分析了地裂缝环境下隧道的变形和受力,并据此来研究穿越地裂缝隧道的设防范围、重点设防位置;研究了地裂缝环境下围岩压力的分布特征,为隧道受力模型的简化提供依据。由分析结果可见,地裂缝环境下隧道变形和受力的主要设防范围为上盘距离地裂缝40 m至下盘距离裂缝30 m共70 m范围;隧道纵向受力的最危险位置为裂缝两侧15～20 m处,隧道受剪最危险范围为裂缝两侧各15 m之内;在上盘地裂缝影响范围内隧道顶部的竖向围岩压力远远大于底部竖向围岩压力,此时可以忽略隧道底部土体的竖向作用力,将结构当作一根以沉降变形区两端为支撑的简支梁构件,采用极限平衡理论求解作用于隧道顶部的竖向围岩压力,并据此进行纵向抗弯设计。     

地铁隧道正交穿越地裂缝的相互作用机制试验研究

 以西安地铁隧道为工程背景,利用地铁隧道正交穿越地裂缝应力模型试验,分析在地裂缝活动环境下的地铁隧道与地裂缝的相互作用关系。在地裂缝上、下盘发生相对错动时,对模型结构的纵向应变、结构底部的相对位移以及结构外围土压力等进行监测。数据分析结果表明：地铁隧道穿越地裂缝时其荷载传递机制涉及结构的刚度效应、下卧土体的支承作用、隧道与土体之间的摩阻作用以及裂缝处上下盘的接触效应4个方面。根据隧道结构变形特征及应变变化规律,构建隧道与土体底部脱空状态下相互作用力学模型,为西安地铁穿越地裂缝的隧道结构设计提供参考。通过对不同断面隧道的应变及变形比较分析,提出地铁隧道正交穿越地裂缝带时宜采用马蹄形隧道断面,以提高结构的整体刚度;加强位于地裂缝下盘的隧道混凝土的裂缝控制,做好防水处理。     

地裂缝对洞室围岩稳定性影响的研究

以西安地铁的基本地质情况为工程背景,利用ANSYS分析软件,对穿越地裂缝处的洞室开挖进行了模拟研究,通过对比分析地裂缝处与非裂缝处围岩—支护系统的应力、应变变化情况,从而确定出地裂缝对隧道的稳定性有着决定性的影响。     

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

西安地裂缝是一种特殊的城市地质灾害,地铁隧道穿越地裂缝带时必须分段设特殊变形缝。以西安地铁隧道正交穿越地裂缝带为工程背景,采用几何比1:5的大比例尺模型试验,研究分段设缝柔性接头隧道穿越地裂缝带的适应性。试验结果表明:地裂缝活动环境下隧道设置特殊变形缝的柔性接头避免了衬砌结构应力集中,对结构起到保护作用,分段柔性接头隧道具有较强的适应地裂缝大变形的能力。设置与地裂缝倾角一致的斜变形缝对围岩压力与位移有一定影响,而对衬砌结构安全性影响较小。正交条件下斜变形缝能消耗20%以上的地裂缝位移量,在地裂缝影响区隧道可通过多段设变形缝串联的方式最大限度地消除地裂缝大变形对隧道的影响。接头处顶底部止水带基本完好,而两侧止水带因地裂缝垂直位移作用出现撕裂现象,防水设计应重点考虑接头两侧壁的防水。研究结果可为地裂缝活动环境下地铁隧道结构与防水设计提供重要参考。     

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

 以西安地铁2号线穿越地裂缝带为研究背景,采用几何缩比1∶5的大比例尺地裂缝与地铁隧道结构模型试验,研究了地裂缝活动对地铁明挖隧道整体式衬砌结构的影响机制。试验结果表明：随地裂缝位错量的增加,隧道顶部土与结构接触压力上盘明显增大,下盘减小,底部接触压力上盘减小直至为0,下盘则明显增大;当地裂缝位错量达到20 cm时,位于地裂缝上盘的隧道结构底部出现脱空现象,下盘2.5 m处衬砌出现开裂,对隧道底部脱空区应及时进行注浆等地基处理;隧道底板基本处于受压状态,而顶板受力较复杂,下盘受拉,上盘则先受拉后受压。地裂缝作用下隧道变形破坏模式为拉张破坏,且隧道衬砌开裂主要出现在下盘距地裂缝14.0 m范围内,而位于上盘的隧道衬砌基本完好,这与地裂缝活动引起土体和地表建(构)筑物的变形破坏主要发生在上盘刚好相反。研究结果可为西安地铁穿越地裂缝的隧道结构设计与防治措施制定提供一定参考。     

西安市地面沉降与地裂缝研究

以丰富的实际资料,对西安地裂缝的分布和形成机制进行了全面分析和研究。对地面沉降发生的原因和它对地裂缝活动的影响等问题进行了深入的探讨;同时还提出了西安地面沉降和地裂缝的危害和可行的防治措施。     

西安地裂缝对地铁隧道的危害及防治措施研究

西安地裂缝是一种独特的城市地质灾害,其活动对地铁建设造成严重威胁,西安地铁建设的关键是如何解决地铁隧道穿越地裂缝带的问题。以西安地铁穿越地裂缝带为研究对象,在地裂缝基本特征分析和未来活动趋势预测的基础上,分析了地裂缝活动对地铁隧道的危害模式,从结构、防水、地基基础与变形监测等方面提出了如下防治措施:结构上应采用扩大断面、预留净空、分段设缝加柔性接头和局部衬砌加强等措施;防水方面宜采用可卸式管片拼装双层结构法和波纹板强化橡胶复合材料制成的防裂止水带处理;地基基础处理方面采用地基注浆加固法和弹性囊变形恢复法处理;建立隧道衬砌和轨道的变形监测预警方案;地铁线路走向应尽量与地裂缝正交或大角度相交,避免小角度相交;严格禁止在地铁沿线一定范围内开采地下水。研究成果可为西安地铁隧道穿越地裂缝带的施工、结构和防水设计以及隧道病害监测与防治提供重要参考。