基于地铁隧道安全的人工冻融软黏土区地面沉降分级控制研究

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基本信息

  • 批准号：
    41702299
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    周洁
  • 依托单位：
    同济大学
  • 学科分类：
    D0705.工程地质环境与灾害
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The construction of underground subway transit in the coastal area is greatly influenced by soft clay and groundwater. The application of artificial ground freezing method is very important and utilized extensively. However, the frost heave and thaw settlement of soil both affect the subway tunnel and surrounding geo-environment. This study uses centrifugal model tests to analyze the stress and deformation characteristics of the subway tunnel under different artificial freezing mode. Combined with FEM analysis, the safety control classification of subway tunnel can be determined. Meanwhile, by comparing the centrifugal model test data and FEM modelling results, the quantitative relationship of tunnel deformation and ground subsidence is revealed. Based on the safety control classification of subway tunnel, the forewarning mechanism and control standard of ground subsidence in the freeze-thaw soft clay area is established. The outcomes can not only provide theoretical fundamentals and scientific basis for the ground subsidence control in artificial ground freezing area, but also establish reliable guarantee for the safety of urban underground subway transit. Therefore, this study will have great impact on both theoretical development and practical engineering.
沿海港口诸多城市地下轨道交通的建设受软黏土和地下水的影响较大，人工地层冻结法在地铁隧道联络通道及越江隧道等建设中应用非常重要，但土体的冻胀融沉，对地铁隧道及周围环境的影响显著。由于缺乏系统的理论分析及有效的定量预测，软黏土人工冻融作用下地铁隧道变形和地面沉降之间的内在联系并不明确。本研究采用离心机模型试验，分析软黏土人工冻融作用下地铁隧道结构的受力与变形特征，结合数值模拟，明确地铁隧道的安全控制等级及各级冻融性态指标的限值； 同时通过对比离心机模型和有限单元模拟结果揭示地铁隧道变形与地面沉降相互关系；最终以地铁隧道安全控制等级为出发点，实现基于软黏土冻融性态指标的地面沉降分级控制。研究成果可为人工冻融软黏土区地铁隧道的安全和地面沉降的控制提供理论基础和科学依据，更为城市地下轨道交通建设的安全性提供可靠保障。因而本项目具有重要的理论和实际应用价值。

结项摘要

沿海港口诸多城市地下轨道交通的建设受软黏土和地下水的影响较大，人工地层冻结法在地铁隧道联络通道及越江隧道等建设中应用非常重要，但土体的冻胀融沉，对地铁隧道及周围环境的影响显著。由于缺乏系统的理论分析及有效的定量预测，软黏土人工冻融作用下地铁隧道变形和地面沉降之间的内在联系并不明确。本研究采用室内模拟试验及大型模型试验，分析软黏土人工冻融作用下地铁隧道结构的受力与变形特征，结合数值模拟，明确地铁隧道的安全控制等级及各级冻融性态指标的限值；同时通过对比模型试验和有限单元模拟结果揭示地铁隧道变形与地面沉降相互关系；最终以地铁隧道安全控制等级为出发点，实现基于软黏土冻融性态指标的地面沉降分级控制。课题通过为期三年的研究，产生了一批原创性科学成果。结合室内模型试验，借助COMSOL多场耦合数值模拟软件自编译控制方程及模型参数的优势下，在Miller刚性冰模型的基础上，基于局部热平衡和力平衡的观点，结合分凝水分迁移理念，建立了有水分迁移的饱和黏性土的三维分凝冻胀和融沉模型，进而计算各工况下冻融性态指标及隧道沉降、地面沉降指标的特征规律。建立了一种以冻融软黏土冻胀力、冻胀量及融沉量为标准的地铁隧道安全及地面沉降分级标准及预警机制；揭示了人工地层冻结法过程及后续地铁运营过程中地铁隧道及地面沉降的相关性；实现了基于软黏土冻融性态指标的隧道沉降及地面沉降分级控制及预警标准，从而修缮了地面沉降防治规范。研究成果为人工冻融软黏土区地铁隧道的安全和地面沉降的控制提供理论基础和科学依据，更为城市地下轨道交通建设的安全性提供可靠保障。研究成果包括出版专著1部；修缮规范1项（ DG/TJ 08-2051 J 11381），申请发明专利4项，授权3项；受本项目资助的成果发表SCI期刊源论文6篇和EI3篇。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（1）
科研奖励数量（2）
会议论文数量（0）
专利数量（4）
组合地层渗流对人工地层冻结法及周围工程环境效应的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    岩土工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    周洁
  • 通讯作者：
    周洁
Experimental Study on Thermal Balance in Soft Clay Area During GSHP Operation
地源热泵运行过程中软土地区热平衡试验研究
  • DOI：
    10.3390/app9091764
  • 发表时间：
    2019-04
  • 期刊：
    Applied Sciences-Basel
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Zhou Jie;Tang Yiqun;Wan Peng;Li Zeyao;Wang Chuanhe
  • 通讯作者：
    Wang Chuanhe
Practical prediction method on frost heave of soft clay in artificial ground freezing with field experiment
人工地基冻结软土冻胀实用现场试验预测方法
  • DOI：
    10.1016/j.tust.2020.103647
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Tunnelling and Underground Space Technology
  • 影响因子：
    6.9
  • 作者：
    Jie Zhou;Wenqiang Zhao;Yiqun Tang
  • 通讯作者：
    Yiqun Tang
Experimental inference on dual-porosity aggravation of soft clay after freeze-thaw by fractal and probability analysis
分形与概率分析对软土冻融后双孔隙加剧的实验推断
  • DOI：
    10.1016/j.coldregions.2018.06.001
  • 发表时间：
    2018-09
  • 期刊：
    Cold Regions Science and Technology
  • 影响因子：
    4.1
  • 作者：
    Zhou Jie;Tang Yiqun
  • 通讯作者：
    Tang Yiqun
Practical model of deformation prediction in soft clay after artificial ground freezing under subway low-level cyclic loading
地铁低强度循环荷载作用下人工地基冻结后软土变形预测实用模型
  • DOI：
    10.1016/j.tust.2018.03.003
  • 发表时间：
    2018-06
  • 期刊：
    Tunnelling and Underground Space Technology
  • 影响因子：
    6.9
  • 作者：
    Zhou Jie;Tang Yiqun
  • 通讯作者：
    Tang Yiqun

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其他文献

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  • 发表时间：
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  • 影响因子：
    5.3
  • 作者：
    吴圣姬;杨圩;周洁;王卉;谢正苗
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    谢正苗
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  • DOI：
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    2019
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    --
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    10.13464/j.scuxbyxb.2016.05.020
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    2016
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
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  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘一鸣;李三忠;于胜尧;曹现志;周洁;李阳;王誉桦;徐林山;郭润华;周在征
  • 通讯作者：
    周在征
基于紫外吸收的烟气中NO和NO2成
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    光谱学与光谱分析，2007。
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    周洁;张时良
  • 通讯作者：
    张时良

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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