松花江富水砂层过江隧道盾构施工力学研究

发布时间：2020-06-06 22:18

【摘要】：随着哈尔滨地铁的不断建设,哈尔滨地铁二号线一期工程冰雪大世界站至世茂大道站盾构区间已竣工,该区间是哈尔滨地铁建设中首段穿越松花江的盾构区间,也是哈尔滨市首条过江隧道。江底盾构覆土厚度浅,且地质为中细沙层,施工江底击穿风险极大,对盾构机开挖时掌子面稳定和地层沉降控制的技术要求极高。因此,本文依托哈尔滨地铁二号线工程,采用室内试验、理论分析与数值模拟的方法,对松花江砂土力学性能及不同施工参数对隧道周围砂土力学状态的影响展开了分析。研究成果可为富水砂层中盾构隧道施工提供建议,为施工参数的选取提供参考。本文主要研究内容与重要成果如下:(1)完成松花江砂土的基本土性试验,得到松花江砂土不均匀系数、曲率系数、最小干密度、最大干密度、土粒比重等指标。利用常规三轴试验系统,完成松花江饱和砂土三轴固结排水试验、三轴固结不排水试验和等向固结?回弹?再固结试验,获得饱和砂的临界状态剪应力比、压缩指数和回弹指数等力学参数。(2)针对Asaoka等提出的上负荷面剑桥模型,编写ABAQUS自定义材料属性UMAT子程序,通过对固结不排水试验的模拟,验证子程序的正确性,并针对模型中的参数展开了参数敏感性分析。发现用上负荷面剑桥模型和试验所测的模型参数,能较好的描述松花江砂土的应力应变关系。(3)针对哈尔滨地铁二号线典型断面,建立考虑孔隙水压力和分步开挖过程的双线隧道泥水平衡盾构施工力学分析三维数值模型,并通过与监测数据的对比验证了模型的正确性。揭示开挖过程中隧道周围土体应力、位移及孔压变化规律,明确了不同施工参数对掌子面稳定性的影响。
【图文】：

图 1-1 气垫式泥水平衡盾构示意图城市建设与交通建设的逐渐发展，地铁的规划、设计、施工受到。目前在隧道研究领域，涉及富水砂层中双线隧道泥水平衡盾构力学研究还不太充分，因此对双线隧道盾构施工过程的力学研究的。来，国内外学者砂土力学性质、对盾构隧道施工进行了大量研究从砂土本构、相关实验和隧道盾构施工技术研究等几个方面进行土本构理论与相关实验研究现状岩土工程问题的复杂性，针对不同的工程条件和地质特点下的土基问题，学者们提出了很多不同的本构，，也针对本构中参数的测实验。被广泛认同的本构往往具有概念明确、参数物理意义清晰单的特点。scoe[1,2]等，针对重塑土的三轴试验结果，采用“帽子”屈服面，以硬化参数，提出了剑桥模型。并在剑桥模型的基础上，增加了一内平行于 p 轴的附加剪切屈服面，改善了对剪应变值模拟的误差

第 2 章 松花江砂土物理力学性质试验研究2.1 引言本章针对试验土样基本物理力学性质进行了试验研究，得到松花江砂土颗粒级配、含水率、密度、颗粒密度等指标，为常规三轴试验提供控制指标。通过三轴试验，研究了松花江砂土的应力应变关系。本文相关试验均完成于哈工大土木工程学院岩土与地下工程实验室。2.2 松花江砂土基本土性试验2.2.1 颗分实验首先按照《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)的规定称取 400 g 砂土，然后将土样置于烘干箱中，以 105 ℃烘干 12 h，最后将土样置于振筛机上振筛，称取各级土壤筛筛上质量及底盘内试样的质量，获得实际级配。筛分结果和级配曲线见表 2-1 和图 2-2。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U455.43;U231.3

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本文编号：2700342