基坑开挖诱发邻近盾构隧道围岩变形破坏的非线性能耗分析方法研究

发布时间：2020-06-07 00:54

【摘要】：近年来,城市轨道交通建设的快速发展为城市公共交通条件的改善做出了突出贡献。作为轨道交通的一种形式,地铁具有不占用地面空间、运输效率高和安全性高等优点,是解决城市交通拥堵问题的首选方案。城市的中心地带作为核心商业区往往是地下建筑高度密集的地方。为了最大程度的提高中心城区地面建筑的商业价值,许多新建高层建筑往往都紧挨已建地铁隧道修建。鉴于目前在既有盾构隧道周边进行基坑开挖的工程实例越来越多,通过研究基坑开挖诱发邻近既有隧道围岩变形的特征,可以为基坑开挖导致邻近地下结构变形破坏的安全评估提供依据。因此,本文基于Hoek-Brown非线性破坏准则和极限分析上限定理对基坑开挖诱发邻近既有盾构隧道围岩变形破坏的模式和发生机理开展了研究。主要研究内容如下:(1)根据基坑开挖诱发既有盾构隧道周边围岩的变形特征,利用任意线型的曲线构建了适用于分析基坑开挖诱发邻近盾构隧道围岩变形的上限破坏机制;(2)结合Hoek-Brown破坏准则和极限分析上限定理,分别计算出破坏机制中速度间断面上的外力功率和内能耗散功率,在此基础上获得包含破坏面方程的上限目标函数,再运用变分法计算得到极限状态下盾构隧道周边围岩的破坏面解析方程;(3)利用计算得到的盾构隧道周边围岩破坏面上限方程绘制出破坏模式形状,在此基础上分析了不同参数对破坏模式的影响;(4)依托实际工程案例,采用FLAC3D数值软件构建在既有盾构隧道周边进行基坑开挖的三维模型。通过模拟基坑开挖过程,得到邻近既有盾构隧道周边围岩破坏形状的数值解。将得到的塌落面数值解与理论解进行对比分析,验证理论计算的正确性。(5)引入敏感性分析的方法,分析了不同参数对盾构隧道周边围岩破坏面的影响。根据敏感性分析结果,得到了众多参数中影响既有隧道围岩变形的关键参数。
【图文】：

事故,杭州,地铁

图１．邋１杭州地铁湘湖站事故逦图１．２武汉地铁一号线二期工程事故逡逑

盾构隧道,基坑开挖,围岩影响,围岩破坏

逦＼逡逑（ｉｔ？邋＾＼＾ｙｒ逦ｇ逦灥板〉逡逑图３．邋２基坑开挖诱发邻近盾构隧道周边围岩破坏机制示意图逡逑根据基坑开挖对邻近盾构隧道周边围岩影响的基本特征构建如图３．２所示的破坏机逡逑制。在邻近基坑开挖与支护的影响下地连墙发生向基坑内侧的变形，随着锚杆的拉紧，逡逑铺固端一定范围内围岩发生相对位移导致部分围岩发生拉裂破坏从而形成破坏面。从图逡逑中可以看出围岩沿着曲线形成了一个上窄下宽的倒漏斗形塌落面，这部分围岩沿着逡逑这条破坏带发生微小的相对滑动，导致／（３ｃ）曲线上发生速度间断，因此塌落面曲线逡逑又可以被称为速度间断面方程。沿着塌落体运动方向建立坐标系；假设塌落面底部的半逡逑宽Ｌ小于隧道的半径塌落方向与重力方向形成的夹角为灼塌落面沿与竖直方向呈逡逑Ａ方向下滑，管片支护力为＆逡逑３．３．２基于Ｈ－Ｂ破坏准则的盾构隧道周边塌落破坏能耗计算逡逑在实际工程中，岩土体在破坏阶段最大主应力和最小主应力遵循非线性关系，这也逡逑导致线性破坏准则难以准确反映岩土体的非线性特征。目前综合考虑了岩体强度、节理逡逑以及结构面的Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ非线性破坏准则得到了学术界的认可。经过３０多年的发展与逡逑改进，，Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ破坏准则己经不仅仅适用于硬质岩体抗剪强度的评估，通过引入一逡逑些修正参数，Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ破坏准则同样可以用于浅埋破碎岩体中各种土工构筑物稳定逡逑性分析。因此本文利用Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ破坏准则计算速度间断面上的内能耗散功率。逡逑满足上限定理的计算条件
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U451.2

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