浅埋隧道开挖过程诱发邻近桩基变形机理研究
发布时间：2021-03-31 03:34
随着城市地下空间的大规模开发和利用,城市隧道工程建设越来越广泛,其中涉及地铁浅埋隧道工程穿越邻近既有桩基的实例越来越多。实际工程中,隧道及桩基大部分均埋于地层中不易直接观测,且当前物理模型所采用的土体材料均为不透明材料。因此,试验中仅能直接观测到模型表面的地层土体变形,土体内部变形则通过间接、局部的方式进行有限观测,导致浅埋隧道开挖过程诱发邻近桩基变形机理研究存在较大的局限性。本文以透明土试验技术为基础,制作可观测土体内部变形的模型试验装置,对浅埋隧道在邻近既有桩基下渐进式开挖过程进行模拟,并将模型试验方案运用三维数值模拟拓展。研究浅埋隧道开挖过程诱发邻近桩基的变形机理,以及邻近既有桩基的桩长、相对隧道的位置关系以及隧道的埋深对其影响。并通过已有理论解析解和数值模拟结果交叉对比验证试验结果和数值模拟结果的可靠性。主要内容如下:（1）根据透明土试验技术和断层三维量测技术,用正十二烷、白油及熔融石英砂配制折射率相同的透明土试样,开展浅埋隧道开挖过程物理模型试验,获得隧道与桩基周围内部土体三维变形位移场。（2）整理模型试验结果得出浅埋隧道施工引起隧道及桩基周边地层三维变形规律及其动态发展过程...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
重庆轨道交通远景线网规划图
1绪论3目，直径约1.5m的高架桥桩基与直径6.5m隧道最近水平距离仅1.6m，在高架桥桩基不同水平高度上安装应变计测得了桩基的轴向力和桩身弯矩，监测结果表明在隧道平行施工下桩身出现了高达设计工作荷载和弯矩的91%和59%的较大的拉力和弯矩。Kaalberg[11]等人为了评估阿姆斯特丹新建南北地铁线路对周围木质桩基建筑物的影响，在第二条海因诺德隧道项目上进行了全面的监测，得到了桩基承载力与桩身表面摩擦力（负摩阻力）的比值。Dimitrios[12]调查了英国海峡隧道铁路连接（CTRL）项目中利用土压平衡（EPB）盾构隧道施工下的桩响应，包括四根桩的安装、装载和监测，以及与地面沉降的比较。结果表明，这些桩的承受荷载相当于其极限承载力的一半，以将结果与Kaalberg[11]等人的工作进行了比较。通过比较现场监测中桩基和地面沉降获得的结果，Kaalberg和Dimitrios提出了三个区域，其中桩端沉降（黑色实线）可能大于（区域A），等于（区域B）或小于（区域C）隧道顶部地层表面沉降（绿色虚线），如图1.2所示。一般而言，隧道上方主要影响区域内的桩端比地表沉降槽沉降得更多；在该区域外的桩端沉降则低于隧道顶部地层的沉降[13]。图1.2桩端与地表沉降对比图[13]Fig.1.2Subsidencecontrastmapbetweenpileendandgroundsurface[13]Dias&Bezuijen[14]的研究表明，桩端和地表沉降之间的关系不是隧道-桩端相对位置的唯一函数，它还取决于工作荷载、隧道体积损失、隧道-桩基中心轴线水平距离以及桩基础与桩身之间的荷载分布。其认为这将影响先前提出的桩端和地表沉降之间的关系，定义相对桩端-地表沉降区域A-B-C并未完全反映该问题的复杂性，建议桩端沉降的上限取决于规范化桩基轴线与隧道中心线的水平偏移。
重庆大学硕士学位论文10下施工引起隧道及桩基周边地层三维变形规律及其动态变形过程，讨论桩长、桩基与隧道不同平面位置关系及不同隧道埋深时，在邻近既有桩基下浅埋隧道开挖引起隧道与桩基周边地层变形的影响，间接反映桩基变形机理。③依靠有限差分程序FLAC3D对模型试验进行拓展，对浅埋隧道在邻近既有桩基下渐进式开挖过程进行三维数值模拟。将数值模拟结果、试验结果与理论解析解进行交叉对比，验证其可靠性。得出开挖过程中地层沉降、桩基沉降、桩基侧向变形、桩身弯矩及桩身轴力在不同桩长、不同桩基-隧道相对位置及不同隧道埋深下变化规律，总结浅埋隧道开挖过程诱发邻近桩基变形机理。1.3.2技术路线技术路线如图1.3所示。图1.3技术路线图Fig.1.3Technicalroute1.4论文主要创新点本文主要的创新点：①实现了邻近既有桩基的浅埋隧道开挖过程隧道与桩基周围内部土体变形的桩长、桩基位置和隧道埋深对地层变形的影响浅埋隧道开挖引起桩基周围地层土体三维变形地表、桩基沉降和桩身变形及内力的动态发展桩长、桩基位置和隧道埋深影响桩基变形浅埋隧道开挖过程诱发邻近桩基变形机理研究浅埋隧道分部开挖透明土试验试验结果分类整理FLAC3D数值模拟浅埋隧道开挖过程土体变形及其动态发展
【参考文献】：
期刊论文
[1]隧道开挖对邻近桩基变形及承载能力影响的弹塑性解答[J]. 张治国,徐晨,宫剑飞. 岩石力学与工程学报. 2017(01)
[2]隧道开挖引起邻近单桩水平反应分析[J]. 王雨,陈文化,王锦华. 岩土力学. 2016(03)
[3]红外探测技术在龙潭隧道F2断层段超前预报中的应用[J]. 刘钦,李术才,陈翼. 工程勘察. 2015(04)
[4]隧道开挖对桩基影响的室内模型试验研究[J]. 吴翔天,谷拴成. 建筑科学. 2013(09)
[5]隧道开挖对邻近单桩竖向受力特性影响[J]. 熊巨华,王远,刘侃,孙庆. 岩土力学. 2013(02)
[6]圆柱孔收缩的弹塑性解及其在隧道工程中的应用[J]. 曾英俊,杨敏,孙庆. 同济大学学报(自然科学版). 2012(10)
[7]圆柱孔收缩的线弹性-完全塑性解及其应用[J]. 胡云世,孙庆,韩进宝. 岩土力学. 2012(05)
[8]粒子测速技术和透明土在土与结构动力相互作用研究中的应用[J]. 赵红华,葛玉宁,李鹏飞. 西北地震学报. 2011(S1)
[9]隧道开挖对周围土体及桩基影响的试验研究[J]. 孙庆,杨敏,冉侠,Leung C F. 同济大学学报(自然科学版). 2011(07)
[10]盾构法开挖隧道对桩基础影响的有限元分析[J]. 王丽,郑刚. 岩土力学. 2011(S1)
博士论文
[1]地铁隧道施工扰动及其对邻近高速铁路桥桩和线路影响的研究[D]. 刘喆.北京交通大学 2018
[2]山地城市地铁车站隧道围岩压力及结构支护机理研究[D]. 黄木坤（Huang Munkun）.重庆大学 2017
[3]化学注浆扩散机理的透明土试验研究[D]. 高岳.中国矿业大学 2016
[4]盾构隧道施工对邻近桥梁桩基础的影响及风险控制值研究[D]. 张海彦.北京交通大学 2016
[5]浅埋隧道开挖与既有建筑基础荷载相互影响的模型试验和理论计算研究[D]. 安建永.北京交通大学 2015
[6]深部岩体变形破裂时空演化规律与机理研究[D]. 林志斌.中国矿业大学 2015
[7]隧道开挖对桩基承载性状的影响分析及试验研究[D]. 吴翔天.西安科技大学 2013
[8]浅埋暗挖法隧道施工对邻近桩基的影响及其控制[D]. 苏洁.北京交通大学 2009
[9]基于未检校CCD相机的三维测量方法及其在结构变形监测中的应用[D]. 周拥军.上海交通大学 2007
[10]地铁车站浅埋暗挖法施工对邻近桩基的影响及控制措施[D]. 杜彬.北京交通大学 2007
硕士论文
[1]隧道开挖对邻近既有桩基影响的流固耦合数值分析[D]. 苏宝健.北京交通大学 2017
[2]考虑地基剪切变形的隧道开挖扰动土体与被动桩基相互作用影响研究[D]. 徐晨.上海理工大学 2016
[3]基于人工合成透明土盾构隧道壁后同步注浆模型试验研究[D]. 李文涛.北京交通大学 2015
[4]盾构隧道下穿施工对既有桥梁桩基础的影响及其控制技术研究[D]. 韩秋石.长安大学 2015
[5]基于透明土的盾构隧道开挖面稳定性分析[D]. 刘佳佳.武汉理工大学 2012
[6]基于透明土的盾构隧道模型试验初步研究[D]. 肖文辉.武汉理工大学 2011
[7]盾构穿越引起的既有轨道交通高架线变形及控制[D]. 刘涛.北京交通大学 2010
本文编号：3110705
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
重庆轨道交通远景线网规划图
1绪论3目，直径约1.5m的高架桥桩基与直径6.5m隧道最近水平距离仅1.6m，在高架桥桩基不同水平高度上安装应变计测得了桩基的轴向力和桩身弯矩，监测结果表明在隧道平行施工下桩身出现了高达设计工作荷载和弯矩的91%和59%的较大的拉力和弯矩。Kaalberg[11]等人为了评估阿姆斯特丹新建南北地铁线路对周围木质桩基建筑物的影响，在第二条海因诺德隧道项目上进行了全面的监测，得到了桩基承载力与桩身表面摩擦力（负摩阻力）的比值。Dimitrios[12]调查了英国海峡隧道铁路连接（CTRL）项目中利用土压平衡（EPB）盾构隧道施工下的桩响应，包括四根桩的安装、装载和监测，以及与地面沉降的比较。结果表明，这些桩的承受荷载相当于其极限承载力的一半，以将结果与Kaalberg[11]等人的工作进行了比较。通过比较现场监测中桩基和地面沉降获得的结果，Kaalberg和Dimitrios提出了三个区域，其中桩端沉降（黑色实线）可能大于（区域A），等于（区域B）或小于（区域C）隧道顶部地层表面沉降（绿色虚线），如图1.2所示。一般而言，隧道上方主要影响区域内的桩端比地表沉降槽沉降得更多；在该区域外的桩端沉降则低于隧道顶部地层的沉降[13]。图1.2桩端与地表沉降对比图[13]Fig.1.2Subsidencecontrastmapbetweenpileendandgroundsurface[13]Dias&Bezuijen[14]的研究表明，桩端和地表沉降之间的关系不是隧道-桩端相对位置的唯一函数，它还取决于工作荷载、隧道体积损失、隧道-桩基中心轴线水平距离以及桩基础与桩身之间的荷载分布。其认为这将影响先前提出的桩端和地表沉降之间的关系，定义相对桩端-地表沉降区域A-B-C并未完全反映该问题的复杂性，建议桩端沉降的上限取决于规范化桩基轴线与隧道中心线的水平偏移。
重庆大学硕士学位论文10下施工引起隧道及桩基周边地层三维变形规律及其动态变形过程，讨论桩长、桩基与隧道不同平面位置关系及不同隧道埋深时，在邻近既有桩基下浅埋隧道开挖引起隧道与桩基周边地层变形的影响，间接反映桩基变形机理。③依靠有限差分程序FLAC3D对模型试验进行拓展，对浅埋隧道在邻近既有桩基下渐进式开挖过程进行三维数值模拟。将数值模拟结果、试验结果与理论解析解进行交叉对比，验证其可靠性。得出开挖过程中地层沉降、桩基沉降、桩基侧向变形、桩身弯矩及桩身轴力在不同桩长、不同桩基-隧道相对位置及不同隧道埋深下变化规律，总结浅埋隧道开挖过程诱发邻近桩基变形机理。1.3.2技术路线技术路线如图1.3所示。图1.3技术路线图Fig.1.3Technicalroute1.4论文主要创新点本文主要的创新点：①实现了邻近既有桩基的浅埋隧道开挖过程隧道与桩基周围内部土体变形的桩长、桩基位置和隧道埋深对地层变形的影响浅埋隧道开挖引起桩基周围地层土体三维变形地表、桩基沉降和桩身变形及内力的动态发展桩长、桩基位置和隧道埋深影响桩基变形浅埋隧道开挖过程诱发邻近桩基变形机理研究浅埋隧道分部开挖透明土试验试验结果分类整理FLAC3D数值模拟浅埋隧道开挖过程土体变形及其动态发展
【参考文献】：
期刊论文
[1]隧道开挖对邻近桩基变形及承载能力影响的弹塑性解答[J]. 张治国,徐晨,宫剑飞. 岩石力学与工程学报. 2017(01)
[2]隧道开挖引起邻近单桩水平反应分析[J]. 王雨,陈文化,王锦华. 岩土力学. 2016(03)
[3]红外探测技术在龙潭隧道F2断层段超前预报中的应用[J]. 刘钦,李术才,陈翼. 工程勘察. 2015(04)
[4]隧道开挖对桩基影响的室内模型试验研究[J]. 吴翔天,谷拴成. 建筑科学. 2013(09)
[5]隧道开挖对邻近单桩竖向受力特性影响[J]. 熊巨华,王远,刘侃,孙庆. 岩土力学. 2013(02)
[6]圆柱孔收缩的弹塑性解及其在隧道工程中的应用[J]. 曾英俊,杨敏,孙庆. 同济大学学报(自然科学版). 2012(10)
[7]圆柱孔收缩的线弹性-完全塑性解及其应用[J]. 胡云世,孙庆,韩进宝. 岩土力学. 2012(05)
[8]粒子测速技术和透明土在土与结构动力相互作用研究中的应用[J]. 赵红华,葛玉宁,李鹏飞. 西北地震学报. 2011(S1)
[9]隧道开挖对周围土体及桩基影响的试验研究[J]. 孙庆,杨敏,冉侠,Leung C F. 同济大学学报(自然科学版). 2011(07)
[10]盾构法开挖隧道对桩基础影响的有限元分析[J]. 王丽,郑刚. 岩土力学. 2011(S1)
博士论文
[1]地铁隧道施工扰动及其对邻近高速铁路桥桩和线路影响的研究[D]. 刘喆.北京交通大学 2018
[2]山地城市地铁车站隧道围岩压力及结构支护机理研究[D]. 黄木坤（Huang Munkun）.重庆大学 2017
[3]化学注浆扩散机理的透明土试验研究[D]. 高岳.中国矿业大学 2016
[4]盾构隧道施工对邻近桥梁桩基础的影响及风险控制值研究[D]. 张海彦.北京交通大学 2016
[5]浅埋隧道开挖与既有建筑基础荷载相互影响的模型试验和理论计算研究[D]. 安建永.北京交通大学 2015
[6]深部岩体变形破裂时空演化规律与机理研究[D]. 林志斌.中国矿业大学 2015
[7]隧道开挖对桩基承载性状的影响分析及试验研究[D]. 吴翔天.西安科技大学 2013
[8]浅埋暗挖法隧道施工对邻近桩基的影响及其控制[D]. 苏洁.北京交通大学 2009
[9]基于未检校CCD相机的三维测量方法及其在结构变形监测中的应用[D]. 周拥军.上海交通大学 2007
[10]地铁车站浅埋暗挖法施工对邻近桩基的影响及控制措施[D]. 杜彬.北京交通大学 2007
硕士论文
[1]隧道开挖对邻近既有桩基影响的流固耦合数值分析[D]. 苏宝健.北京交通大学 2017
[2]考虑地基剪切变形的隧道开挖扰动土体与被动桩基相互作用影响研究[D]. 徐晨.上海理工大学 2016
[3]基于人工合成透明土盾构隧道壁后同步注浆模型试验研究[D]. 李文涛.北京交通大学 2015
[4]盾构隧道下穿施工对既有桥梁桩基础的影响及其控制技术研究[D]. 韩秋石.长安大学 2015
[5]基于透明土的盾构隧道开挖面稳定性分析[D]. 刘佳佳.武汉理工大学 2012
[6]基于透明土的盾构隧道模型试验初步研究[D]. 肖文辉.武汉理工大学 2011
[7]盾构穿越引起的既有轨道交通高架线变形及控制[D]. 刘涛.北京交通大学 2010
本文编号：3110705
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