地表沉降随机介质预测模型的改进及其应用研究

发布时间：2020-08-08 09:42

【摘要】：随机介质理论作为一种非连续介质方法广泛应用于岩土工程。对于地下开采引起的地面沉降问题,由随机介质理论发展得出的地下开挖概率积分公式是一个复杂的不可积二重积分表达式。本研究对其进行了必要的简化和改进,现有研究得出的简单二重积分基本上应用于相邻的平行双洞圆形隧道。为扩大工程应用范围,提出三圆隧道随机介质理论简化程序的方法。应用该方法,推导出三洞圆形隧道开挖引起的地表沉降、水平位移、表面沉降差、水平应变和沉降剖面的曲率。此外,采用该方法对三洞圆形隧道的计算结果与上海地铁9号线工程的实测数据进行了比较。针对预测隧道开挖引起的地表沉降的问题,隧道断面的收敛模式影响预测结果,目前的大部分方法是基于断面位移均匀收敛的假设,这与实际的隧道收敛情况存在差距。基于随机介质理论,考虑隧道断面底部的不均匀沉降与地层损失的非对称收敛模式,得出概率积分公式的单洞隧道和双洞隧道的积分界限。引入Peck法的地层损失率V1和地面沉降槽宽度系数i,推导得出不均匀沉降的间隙参数G和主要影响角正切值β的表达式。先考虑均匀收敛和椭圆化部分的计算,再考虑整体下沉部分,得出单洞及双洞的地表沉降表达式。提出了在隧道位移不均匀收敛的条件下,求解地表沉降的一种计算方法。在隧道的地表沉降预测问题中,可以将隧道简化为平面变形条件。但是在大范围开挖地表沉降预测问题中,需要考虑模型开挖的时间性与沉降的空间性,计算非常复杂。采用普通方法,计算费时费力。本研究中,结合地理信息系统(GIS)的特点,基于随机介质理论,采用任意形状的3D多变形单元和Knothe时间函数,改善和修正了从前的算法,提高模型的适用性。通过所作研究工作及工程实例对比分析,主要结论如下:1.改进了随机介质理论计算方法,将随机介质预测方法推广到三洞圆形断面隧道开挖引起的地表沉降预测;2.引入非对称收敛模式,推导了椭圆形隧道开挖引起地表沉降的随机介质预测公式,通过实例分析验证了所建立算法的正确性。3.将改进的随机介质预测模型嵌入到地表沉降计算的GIS程序中,并考虑时间效应,进行了二次开发,通过实例验证,表明了预测结果具有较高的可靠性
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P642.26;U455;U231.3
【图文】：

Ｆｉｇ．邋１－６邋Ｃｏｌｌａｐｓｅ邋ａｃｃｉｄｅｎｔ邋ｏｆ邋Ｓｈｅｎｙａｎｇ邋Ｍｅｔｒｏ邋Ｌｉｎｅ邋９逡逑轨道交通通车里程数过去十年快速增长，年均复合增速达到作为新型城镇化的重要内容之一，从２０１１年开始各地上报，地铁进入了大规模建设。逡逑城市轨道交通协会的统计，截至２０１５年末，中国累计有２５线路１１１条，路网长度达３２８６公里，２００５至２０１５年城轨．７％，从总投资上看，２０１４年全国城市轨道交通总投资达２８９０００亿元。逡逑，随着中国各大城市对地铁线路的不断覆盖，新建地铁线地铁需要下穿城市既有道路、建筑物基础和城市基础设施，沉降有着严格的要求，若不及时进行有效的地表沉降预测，这么大的情况之下，造成的损失将不可估量。逡逑陷预测问题上，有两种方法，一是理论模型研宄，二是数涉及到一系列因素，如地层分布、地下水、岩层性质和节需要进行一系列假设简化问题，造成无法确定沉降边界，

，，图１－７沙箱模型［４４］逡逑Ｆｉｇ．邋１－７邋Ｓａｎｄｂｏｘ邋Ｍｏｄｅｌ逡逑论模型中，假设介质颗粒为一些大小相同、质量均一的小球，均匀排列的方格内，若下方一个小球被移走后，由于重力因

逑入方格的概率为１／４，邋２／４，邋１／４。以此类推，第五层五个小球为１／１６，邋４／１６，邋６／１６，逡逑４／１６，１／１６。由此可得图１－８中的颗粒移动概率分布图。选取如图所示的坐标系，逡逑则介质内任意一个水平的概率分布可以绘成图１－８上方的概率分布直方图，若格子逡逑无限小，则该直方图趋近于一条光滑的直线。逡逑Ｗ逡逑＾Ｊ＼＼＾逡逑＂＂＂＂ｍｍ逡逑％

本文编号：2785396