浅埋盾构隧道施工稳定机制的连续极限分析

发布时间：2017-10-18 05:21

  本文关键词：浅埋盾构隧道施工稳定机制的连续极限分析

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【摘要】：浅埋盾构隧道在施工的过程中,管片衬砌结构与地层之间的空隙需要通过注浆来填充。如果注浆压力太小可能就会导致地层的位移过大,从而对邻近的结构产生不利的影响甚至引起地层的塌落。对于盾构的开挖面,同样需要合适的支护力来维持稳定。本文针对黏性土层中的浅埋隧道,采用上界极限分析理论,考虑地层的连续位移模式与局部建筑荷载的作用,研究了盾构施工的稳定机制,内容及成果如下：(1)针对不排水粘土地层浅埋盾构隧道施工围岩的稳定机制问题,采用Osman横向平面应变破坏模式,隧道开挖引起的地层位移服从派克型经验公式分布模式,对派克公式进行变形并引入参数控制塑性变形区域的范围。认为位移场与速度场成一定的比例关系,应用极限分析中的上限定理,编制Matlab程序求出支护力的下界值。分析了参数对地面超载系数的影响：通过改变隧道埋深、土体重度以及土体的抗剪强度的均质性,研究各个参数变化对地面超载系数的影响规律。(2)对Osman平面应变模型,当有局部荷载(箱基和桩基)时,研究局部荷载对维持隧道围岩稳定所需支护力的影响。对箱基荷载,分析了箱基荷载的大小和位置对维持隧道围岩稳定所需支护力下界的影响；对桩基荷载分析了桩基荷载大小、桩基位置和桩基长度对维持隧道围岩稳定所需支护力下界的影响。(3)对开挖面的稳定机制问题,描述了派克型经验公式的位移场分布情况；验证了派克经验公式发生塑性变形时体积应变为零,建立合适的破坏模式。编制Matlab程序求解维持盾构隧道开挖面稳定所需的支护力下界值,并分析埋深对维持隧道开挖面稳定所需的最小支护力的影响。(4)对开挖面附近有局部荷载(箱基和桩基)的情形下,对箱基荷载,分析箱基荷载的大小和位置对维持隧道开挖面稳定所需支护力下界的影响；对桩基荷载分析了桩基荷载大小、桩基位置和桩基长度对维持隧道开挖面稳定所需支护力下界的影响。
【关键词】：极限分析 上限定理 浅埋盾构隧道 稳定机制 连续位移场 局部荷载
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.43
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 研究背景和研究目的11-13
• 1.2 研究现状13-21
• 1.2.1 极限平衡分析法13-14
• 1.2.2 刚性块体极限上限法14-17
• 1.2.3 连续位移场极限上限分析法17-19
• 1.2.4 数值模拟19-20
• 1.2.5 现场量测与模型试验20-21
• 1.3 研究内容与研究方法21-23
• 2 极限分析基本理论23-33
• 2.1 基本假设23-26
• 2.2 屈服准则和流动法则26-27
• 2.3 虚功原理的两种形式27-29
• 2.4 极限分析上下限定理29-33
• 3 盾构隧道施工稳定机制的连续二维极限分析33-61
• 3.1 地层的横向二维塑性位移模式及应变33-37
• 3.2 稳定系数的计算理论及位移模式参数分析37-41
• 3.3 计算结果对比41-46
• 3.4 隧道几何参数和地层物理参数影响分析46-50
• 3.4.1 隧道埋深对地面超载系数的影响46-47
• 3.4.2 土体抗剪强度非均质参数对地面超载系数的影响47-49
• 3.4.3 土体重度对地面超载系数的影响49-50
• 3.5 局部荷载对维持隧道围岩稳定支护力下界的影响分析50-60
• 3.5.1 局部均布荷载对维持隧道围岩稳定支护力下界的影响51-54
• 3.5.2 地下桩基荷载对隧道围岩稳定性的影响54-60
• 3.6 本章小结60-61
• 4 盾构隧道施工稳定机制的连续三维极限分析61-81
• 4.1 地层的三维塑性位移模式及应变61-64
• 4.2 盾构隧道开挖面最小支护压力计算理论64-70
• 4.2.1 塑性区的确定64-66
• 4.2.2 计算区域网格划分66-67
• 4.2.3 土体重力功率计算67
• 4.2.4 开挖面支护力功率计算67
• 4.2.5 地表超载功率计算67-68
• 4.2.6 土体内部的耗散能计算68-70
• 4.3 计算结果对比70
• 4.4 局部荷载对开挖面支护力的影响70-79
• 4.4.1 地表局部均布荷载对开挖面支护力下界的影响71-75
• 4.4.2 桩基荷载对开挖面支护力下界的影响75-79
• 4.5 小结79-81
• 5 结论81-83
• 参考文献83-87
• 附录A87-91
• 附录B91-95
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果95-99
• 学位论文数据集99

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本文编号：1053160