基于水土耦合的盾构隧道施工与运营期变形性状研究
发布时间：2021-02-03 17:17
随着我国城市用地面积日渐紧张,地上交通建设日趋饱和,为缓解交通压力地下交通建设成为了解决上述问题的最佳选择。盾构隧道工程在地下交通建设领域占有重要席位,而盾构隧道建设过程中不可避免会穿越江河湖海或富水地层,从而就产生了盾构隧道流固耦合问题。盾构隧道施工期由于卸荷作用破坏了地层应力场与渗流场的原有平衡状态,为实现新的平衡,从而产生了盾构隧道施工期流固耦合问题;盾构隧道运营期围岩渗流场变化产生渗透体积力导致围岩土体发生变形,从而引起地层沉降造成运营隧道安全隐患,由此产生盾构隧道运营期流固耦合问题。本文以山东省重点研发计划项目（2018GSF120010）“基于水土耦合的多变复合地层盾构隧道纵向变形特性及设计模式研究”为依托,通过数值模拟手段,建立盾构隧道施工期水土耦合三维数值模型,进行了粉质黏土和砂卵石复合地层盾构隧道施工期流固耦合研究;运用数值模拟和模型试验手段,进行了局部渗漏条件下和地面入渗条件下复合地层盾构隧道运营期流固耦合研究。本文主要开展了以下工作:（1）探究了不同岩土体具有不同流固耦合特性的原因,不同岩土体具有不同的渗透特性,对渗流具有不同的力学响应。探究了盾构隧道施工期围岩渗...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：120 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
渗流场与应力场耦合作用隧道作为一种狭长结构，必然会导致其穿越地层多变，造成其边界条件的多样性[10]，
研究技术路线
基于水土耦合的盾构隧道施工与运营期变形性状研究14第三类边界条件。即渗流边界上的水头差和渗流量形成已知的线性组合。或称混合边界条件。nHH(2.15)式中：α、β—该边界上各点的已知数；（2）初始条件初始条件表示渗流区的初始状态，即选定某一时刻作为初始时刻时渗流区域内的水头分布情况。000|),,,(),,,(tyxHttzyxHz(2.16)式中：tzyxH),,,(一渗流场内t时刻的水头分布函数；),,,(00tzyxH一己知水头分布函数。2.2.3渗透力及渗透变形（1）渗透力图2.1为一个定水头装置，通过抬升装置左侧的储水器而产生水头差，即使得h1>h2，从而会在土样中产生方向向上的渗流。渗流在土样内流经长度L时所消耗的能量等于水头差Δh，根据能量守恒，可知水在土样内的渗流会受到土颗粒的阻力作用，根据牛顿第三定理，可知土颗粒也将受到渗流对其反作用力。定义每单位体积土体内土颗粒所受到的渗流作用力为渗透力，用j表示。图2.1渗透破坏试验示意图取隔离体为土样的土体骨架和孔隙水整体，则土样受到的作用力如图2.2所示，
【参考文献】：
期刊论文
[1]含裂隙非饱和土体的变形与渗流耦合的二维解析分析[J]. 陈臻林,任欢,甯尤军. 地质灾害与环境保护. 2019(04)
[2]地铁隧道考虑流固耦合影响的微裂隙岩体注浆数值模拟研究[J]. 倪向阳,徐程,李伟平. 隧道建设(中英文). 2018(10)
[3]地下水对地基基础工程的危害及事故预防[J]. 刘金波,孙威,刘丰敏,张松. 施工技术. 2017(03)
[4]局部渗漏水对盾构隧道长期沉降的影响规律[J]. 李翔宇,李新源,秋仁东,冯庆高,杨潇. 东南大学学报(自然科学版). 2016(S1)
[5]水泥尾矿砂土的应力渗流耦合特性试验[J]. 宁宝宽,王宇旸,陈四利,刘国庆. 水文地质工程地质. 2015(04)
[6]考虑流固耦合效应的水下盾构隧道受力特性[J]. 齐春,何川,封坤. 西南交通大学学报. 2015(02)
[7]砂砾石土渗透变形特性的应力状态相关性试验研究[J]. 蒋中明,王为,冯树荣,钟辉亚. 水利学报. 2013(12)
[8]应力状态下含黏粗粒土渗透变形特性试验研究[J]. 蒋中明,王为,冯树荣,钟辉亚,赵海斌. 岩土工程学报. 2014(01)
[9]软土盾构隧道渗流引起的地层和隧道沉降[J]. 张冬梅,刘印,黄宏伟. 同济大学学报(自然科学版). 2013(08)
[10]重庆高速公路现役营运隧道渗漏水病害统计及成因分析[J]. 邹育麟,何川,周艺,张政,傅家鲲. 公路交通科技. 2013(01)
博士论文
[1]地下水位变动诱发地铁隧道变形机理及其与地铁隧道相互影响研究[D]. 张明飞.东南大学 2018
[2]渗流作用下复合地层盾构隧道施工开挖面稳定性及控制研究[D]. 宋曙光.山东大学 2016
[3]城市地下工程漏水漏砂灾害演化机理的试验与理论研究[D]. 戴轩.天津大学 2016
[4]盾构法隧道施工期流固耦合问题研究[D]. 夏炜洋.西南交通大学 2012
[5]隧道工程地下水水害防治与评价体系研究[D]. 潘海泽.西南交通大学 2009
[6]软土隧道固结性状及相互作用理论研究[D]. 刘干斌.浙江大学 2004
硕士论文
[1]穿黄超大断面盾构隧道纵向结构性状及设计模式研究[D]. 杨帆.济南大学 2019
[2]浅埋隧道衬砌渗漏水条件下地层应力变形和长期固结沉降的计算方法研究[D]. 江亲华.北京交通大学 2019
[3]盾构隧道不同渗漏条件对地层及隧道的影响研究[D]. 王洪刚.广西大学 2018
[4]运营地铁隧道渗漏水监测与风险预警研究[D]. 何云.华中科技大学 2018
[5]盾构隧道交叉近接运营地铁隧道地层变形规律及其控制技术研究[D]. 王卫.西南交通大学 2017
[6]富水地层大断面隧道开挖流固耦合效应分析[D]. 刘健.西南交通大学 2017
[7]渗透变形条件下粗粒土渗透性演化特性研究[D]. 袁涛.长沙理工大学 2017
[8]考虑流固耦合的水下隧道力学特性研究[D]. 张艺博.兰州交通大学 2016
[9]山西省山岭隧道渗漏水机理与处治[D]. 侯豪斌.郑州大学 2015
[10]考虑流固耦合的富水软岩隧道力学特性及合理注浆参数研究[D]. 路平.中南大学 2012
本文编号：3016877
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：120 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
渗流场与应力场耦合作用隧道作为一种狭长结构，必然会导致其穿越地层多变，造成其边界条件的多样性[10]，
研究技术路线
基于水土耦合的盾构隧道施工与运营期变形性状研究14第三类边界条件。即渗流边界上的水头差和渗流量形成已知的线性组合。或称混合边界条件。nHH(2.15)式中：α、β—该边界上各点的已知数；（2）初始条件初始条件表示渗流区的初始状态，即选定某一时刻作为初始时刻时渗流区域内的水头分布情况。000|),,,(),,,(tyxHttzyxHz(2.16)式中：tzyxH),,,(一渗流场内t时刻的水头分布函数；),,,(00tzyxH一己知水头分布函数。2.2.3渗透力及渗透变形（1）渗透力图2.1为一个定水头装置，通过抬升装置左侧的储水器而产生水头差，即使得h1>h2，从而会在土样中产生方向向上的渗流。渗流在土样内流经长度L时所消耗的能量等于水头差Δh，根据能量守恒，可知水在土样内的渗流会受到土颗粒的阻力作用，根据牛顿第三定理，可知土颗粒也将受到渗流对其反作用力。定义每单位体积土体内土颗粒所受到的渗流作用力为渗透力，用j表示。图2.1渗透破坏试验示意图取隔离体为土样的土体骨架和孔隙水整体，则土样受到的作用力如图2.2所示，
【参考文献】：
期刊论文
[1]含裂隙非饱和土体的变形与渗流耦合的二维解析分析[J]. 陈臻林,任欢,甯尤军. 地质灾害与环境保护. 2019(04)
[2]地铁隧道考虑流固耦合影响的微裂隙岩体注浆数值模拟研究[J]. 倪向阳,徐程,李伟平. 隧道建设(中英文). 2018(10)
[3]地下水对地基基础工程的危害及事故预防[J]. 刘金波,孙威,刘丰敏,张松. 施工技术. 2017(03)
[4]局部渗漏水对盾构隧道长期沉降的影响规律[J]. 李翔宇,李新源,秋仁东,冯庆高,杨潇. 东南大学学报(自然科学版). 2016(S1)
[5]水泥尾矿砂土的应力渗流耦合特性试验[J]. 宁宝宽,王宇旸,陈四利,刘国庆. 水文地质工程地质. 2015(04)
[6]考虑流固耦合效应的水下盾构隧道受力特性[J]. 齐春,何川,封坤. 西南交通大学学报. 2015(02)
[7]砂砾石土渗透变形特性的应力状态相关性试验研究[J]. 蒋中明,王为,冯树荣,钟辉亚. 水利学报. 2013(12)
[8]应力状态下含黏粗粒土渗透变形特性试验研究[J]. 蒋中明,王为,冯树荣,钟辉亚,赵海斌. 岩土工程学报. 2014(01)
[9]软土盾构隧道渗流引起的地层和隧道沉降[J]. 张冬梅,刘印,黄宏伟. 同济大学学报(自然科学版). 2013(08)
[10]重庆高速公路现役营运隧道渗漏水病害统计及成因分析[J]. 邹育麟,何川,周艺,张政,傅家鲲. 公路交通科技. 2013(01)
博士论文
[1]地下水位变动诱发地铁隧道变形机理及其与地铁隧道相互影响研究[D]. 张明飞.东南大学 2018
[2]渗流作用下复合地层盾构隧道施工开挖面稳定性及控制研究[D]. 宋曙光.山东大学 2016
[3]城市地下工程漏水漏砂灾害演化机理的试验与理论研究[D]. 戴轩.天津大学 2016
[4]盾构法隧道施工期流固耦合问题研究[D]. 夏炜洋.西南交通大学 2012
[5]隧道工程地下水水害防治与评价体系研究[D]. 潘海泽.西南交通大学 2009
[6]软土隧道固结性状及相互作用理论研究[D]. 刘干斌.浙江大学 2004
硕士论文
[1]穿黄超大断面盾构隧道纵向结构性状及设计模式研究[D]. 杨帆.济南大学 2019
[2]浅埋隧道衬砌渗漏水条件下地层应力变形和长期固结沉降的计算方法研究[D]. 江亲华.北京交通大学 2019
[3]盾构隧道不同渗漏条件对地层及隧道的影响研究[D]. 王洪刚.广西大学 2018
[4]运营地铁隧道渗漏水监测与风险预警研究[D]. 何云.华中科技大学 2018
[5]盾构隧道交叉近接运营地铁隧道地层变形规律及其控制技术研究[D]. 王卫.西南交通大学 2017
[6]富水地层大断面隧道开挖流固耦合效应分析[D]. 刘健.西南交通大学 2017
[7]渗透变形条件下粗粒土渗透性演化特性研究[D]. 袁涛.长沙理工大学 2017
[8]考虑流固耦合的水下隧道力学特性研究[D]. 张艺博.兰州交通大学 2016
[9]山西省山岭隧道渗漏水机理与处治[D]. 侯豪斌.郑州大学 2015
[10]考虑流固耦合的富水软岩隧道力学特性及合理注浆参数研究[D]. 路平.中南大学 2012
本文编号：3016877
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