基于离散元法的等效地层沉降及开挖面稳定性分析

发布时间：2021-02-20 22:46

　　近年来,各大城市地铁建设高速发展。盾构法施工以其特有的优势广泛运用在地铁隧道的建设中,然而,盾构机在穿越地层过程中会引起开挖面周围土体扰动及地层沉降,不仅会加大隧道施工风险,还会对周围环境造成很大的影响。从分析地层沉降及开挖面稳定性出发,进而寻找维持开挖面稳定和控制沉降的有效方法,减少施工风险和提高周围环境的安全性,对盾构隧道开挖工程具有很重要的理论和现实意义。目前,许多相关研究采用有限元法以及有限差分法等基于连续介质理论的方法,这些方法有一定的局限性,而由于岩土体的离散性,基于非连续介质理论的离散元法比较适用于隧道施工中地层沉降和开挖面稳定性的研究。本文以实际工程为背景,简化复杂的地层,进行参数标定试验,并引入灰色关联分析法,探究宏观力学参数与细观参数之间的关系,最后进行了地层沉降和开挖面稳定性的离散元分析。主要的研究成果如下:（1）离散元双轴试验的参数标定满足要求,可用于目标土层模型的建立;采用灰色关联理论分析法获得了各个细观参数对宏观参数的影响程度,由此对细观参数进行划分等级,为快速标定离散元模型的参数提供依据。（2）同地表情况一样,不同深度位置地层沉降曲线呈现类似Peck曲线的... 

【文章来源】：江西理工大学江西省

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 隧道地层沉降研究现状
    1.3 隧道开挖面稳定性研究现状
    1.4 离散元法的研究现状
    1.5 研究内容及技术路线
        1.5.1 主要研究内容
        1.5.2 技术路线
第二章 离散元法及土体细观参数标定
    2.1 离散元颗粒流理论
        2.1.1 颗粒流基本简介
        2.1.2 颗粒流接触模型确定
    2.2 参数标定
        2.2.1 接触模型及细观参数选择
        2.2.2 双轴压缩试验数值模型建立
        2.2.3 伺服机制
        2.2.4 参数标定过程
    2.3 宏观力学参数对细观参数的灰色关联度分析
        2.3.1 灰色关联分析计算方法
        2.3.2 宏观参数与细观参数之间的灰色关联分析
    2.4 本章小结
第三章 等效地层沉降离散元分析
    3.1 模型建立
        3.1.1 地层简化及参数选取
        3.1.2 模型建立过程
    3.2 隧道开挖引起的地层扰动分析
        3.2.1 受力分析
        3.2.2 变形分析
    3.3 不同地层深度位置沉降分析
    3.4 不同隧道埋深下沉降分析
    3.5 本章小结
第四章 等效地层隧道开挖面稳定性分析
    4.1 模型建立
    4.2 隧道开挖面稳定性离散元分析
        4.2.1 开挖面极限支护力确定
        4.2.2 开挖面支护力对土层压力影响
        4.2.3 开挖面支护力对土层变形影响
    4.3 开挖面极限支护力理论分析
        4.3.1 受力分析
        4.3.2 极限支护力计算推导过程
        4.3.3 极限支护力求解
    4.4 本章小结
第五章 Peck公式修正及离散元地表沉降预测验证
    5.1 工程概况
        5.1.1 工程简介
        5.1.2 工程地质条件
        5.1.3 地层土工程特性分析评价
    5.2 地表沉降监测
        5.2.1 监测目的
        5.2.2 测点布置原则
        5.2.3 测点埋设及技术要求
        5.2.4 观测方法及数据采集
    5.3 Peck公式简介及适用性分析
    5.4 实测数据分析
        5.4.1 实测数据评价方法
        5.4.2 基于实测数据的Peck公式分析
    5.5 Peck公式修正
    5.6 数值模拟预测结果验证分析
    5.7 隧道开挖的地表沉降控制建议
    5.8 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
附录
致谢
攻读学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]砂卵石地层浅埋盾构隧道开挖面稳定模型试验[J]. 李伟平,李兴,薛亚东,张森,葛嘉诚.  岩土工程学报. 2018(S2)
[2]黏性土地层曲线盾构施工地表沉降预测研究[J]. 路林海,孙捷城,周国锋,谭生永,刘浩,李罡.  铁道工程学报. 2018(05)
[3]上覆流沙层隧道开挖面稳定性分析与数值试验研究[J]. 李清川,李术才,王汉鹏,张红军,张冰,张玉强.  岩土力学. 2018(07)
[4]西安富水砂层盾构施工Peck沉降预测公式改进[J]. 胡长明,冯超,梅源,袁一力.  地下空间与工程学报. 2018(01)
[5]基于颗粒流离散元的黏性土三轴剪切试验数值模拟[J]. 邢炜杰,余湘娟,高磊,印月,莫倩倩,严建强.  科学技术与工程. 2017(35)
[6]隧道开挖对地表沉降影响的数值分析与沉降预测[J]. 徐良,王建国.  合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(10)
[7]泥水盾构开挖面稳定性研究[J]. 袁大军,沈翔,刘学彦,吴俊.  中国公路学报. 2017(08)
[8]浅埋泥水盾构隧道开挖面被动失稳分析[J]. 李凤涛,唐晓武,刘维,赵宇,唐强.  中南大学学报(自然科学版). 2017(07)
[9]长春地层地铁隧道施工的Peck公式改进[J]. 郑馨,麻凤海.  地下空间与工程学报. 2017(03)
[10]软土地区矩形隧道地表施工沉降的Peck公式修正[J]. 申玉生,何永辉,赵乐,何尉祥.  铁道科学与工程学报. 2017(06)

博士论文
[1]基于颗粒离散元法的卵石层中成都地铁施工力学研究[D]. 魏龙海.西南交通大学 2009
[2]土工问题的颗粒流数值模拟及应用研究[D]. 罗勇.浙江大学 2007
[3]盾构施工开挖面变形与破坏机理研究[D]. 秦建设.河海大学 2005

硕士论文
[1]基于离散元法的富水软弱地层隧道掌子面稳定性研究[D]. 黄皓.西南交通大学 2016



本文编号：3043457