膨胀性岩土盾构隧道开挖面稳定性分析

发布时间：2017-08-17 23:10

  本文关键词：膨胀性岩土盾构隧道开挖面稳定性分析

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【摘要】：目前关于盾构的施工工艺与机械技术研究已成为工程领域的一个重要方向,而开挖面的稳定性研究是其中的一项关键技术。合理的开挖面支护力设计,不仅能保证盾构掘进的顺利进行,也能减少施工对周边地层及建筑物的影响。在我国,膨胀岩土分布非常广泛,由于土体膨胀引发的工程问题也层出不穷,因此对膨胀岩土中盾构开挖面稳定性分析显得尤为重要。论文在总结既有研究成果的基础上,通过极限平衡法与数值模拟等方法,围绕膨胀性岩土与非膨胀性岩土开挖面稳定性展开对比分析,主要工作内容及结果如下:(1)选用有限元软件Abaqus进行数值模拟分析。通过设计模拟方案与已有文献进行对比,验证用此软件分析隧道开挖面稳定性的可行性。分别建立不考虑膨胀性岩土和考虑膨胀性岩土的隧道开挖模型,通过不断减小开挖面支护力,得到相应的开挖面中心点水平位移及对应的地表沉降。通过分析中心点的水平位移随开挖面支护力变化的规律求得极限最小支护力。对隧道进行敏感性参数分析,讨论埋深、土体弹性模量及黏聚力对不考虑膨胀性岩土开挖面极限支护力的影响。对膨胀性岩土中膨胀系数的取值进行初步探讨,并分析含水率变化和土体含水率变化范围对膨胀性岩土开挖面极限支护力的影响。(2)对已有楔形体模型进行归纳总结,利用极限平衡方法推导极限最小支护力的计算公式,并对各参数作简要计算分析。提出考虑岩土膨胀性条件下的简化三维楔形体模型,并对其中各参数作修正,推导出膨胀性岩土条件下最小支护力计算公式。两公式对比得出岩土的膨胀性不利于开挖面的稳定性。(3)结合广西地铁一号线某施工段的实际工程情况进行数值模拟和理论模型分析,两者所得的结果相近,并将其与工程实测正常支护力进行对比分析。
【关键词】：盾构隧道 开挖面稳定性 数值模拟 三维楔形体模型 膨胀岩土
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.43
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 开挖面稳定性研究现状9-13
• 1.3 膨胀岩土研究现状13-15
• 1.4 主要研究内容和思路15-17
• 第2章 开挖过程数值模拟及方案可行性研究17-26
• 2.1 ABAQUS软件简介17-18
• 2.2 关键技术18-20
• 2.3 材料的本构模型20-22
• 2.4 试验模型的建立与可行性分析22-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 开挖面极限支护力计算模型26-38
• 3.1 概述26-27
• 3.2 三维楔形模型27-29
• 3.3 各作用力推导29-34
• 3.4 膨胀条件下三维楔形模型的修正34-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 开挖面稳定性数值模拟分析38-59
• 4.1 模型建立38-40
• 4.2 不考虑膨胀性的岩土分析40-48
• 4.3 考虑膨胀性的岩土分析48-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 工程实例计算分析59-65
• 5.1 工程概况59-60
• 5.2 有限元分析60-63
• 5.3 三维楔形体计算及与实测数据比较63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 结论与展望65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-70
• 致谢70

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本文编号：691540