基于离散元的砂卵石地层土压平衡盾构施工颗粒流动和地表沉降控制研究

发布时间：2017-05-07 09:12

  本文关键词：基于离散元的砂卵石地层土压平衡盾构施工颗粒流动和地表沉降控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,我国城市地铁建设已步入高速发展时期,许多大、中城市已开建或已准备筹建地铁。大量地铁施工必将面临着各式各样的复杂地质情况,砂卵石地层便是其中之一。砂卵石地层颗粒之间的孔隙大,颗粒之间没有粘聚力,刀盘旋转切削时,地层非常容易坍塌,容易产生较大的围岩扰动。地铁盾构掘进时面临着巨大的困难与挑战。目前,针对砂卵石盾构掘进支护压力的研究较多,而针对砂卵石颗粒流动特性的研究较少,同时缺乏针对盾构机真实掘进过程的模拟。本文以兰州轨道交通1号线为背景,基于离散元数值模拟方法,对砂卵石地层土压平衡盾构施工颗粒流动和地表沉降控制进行了研究。论文主要取得以下成果：(1)首先利用室内大直径(30cm)试样三轴压缩试验获得了砂卵石地层的应力-应变曲线,基于试验结果和EDEM离散元三轴数值试验,标定了离散元数值模拟需要的细观参数。(2)基于Soildworks软件建立了面板式刀盘盾构和辐条式刀盘盾构三维机械模型。(3)将盾构三维机械模型导入离散元软件EDEM中,建立了盾构掘进过程的砂卵石颗粒离散元三维模型,研究了隧道覆土厚度分别为1.5D(D为盾构直径)和1.0D条件下,面板式刀盘盾构和辐条式刀盘盾构掘进对砂卵石地层的扰动规律和地层沉降规律；并与现场监控数据进行对比,验证了数值模拟结果的合理性。
【关键词】：砂卵石 盾构 颗粒流 参数标定 地表沉降 EDEM
【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
• ABSTRACT7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 砂卵石地层盾构开挖研究进展10-12
• 1.3 离散单元法在岩土工程的研究现状与展望12-15
• 1.3.1 离散单元法在岩土工程的应用12-13
• 1.3.2 离散单元法的发展展望13-15
• 1.4 本文主要研究工作及技术路线15-16
• 1.4.1 本文主要研究工作15
• 1.4.2 技术路线15-16
• 第2章 兰州地铁1号线工程概况及砂卵石地层特性16-24
• 2.1 兰州地铁1号线工程概况16-19
• 2.1.1 总体概况16
• 2.1.2 数值模拟的依托工程概况16-19
• 2.2 砂卵石地层特性19-24
• 2.2.1 砂卵石地层颗粒分布特性20-22
• 2.2.2 砂卵石地层松散系数22-24
• 第3章 离散单元数值分析方法与细(微)观参数标定24-46
• 3.1 离散单元数值分析方法24-32
• 3.1.1 离散单元法的起源与发展24
• 3.1.2 离散单元法的基本原理24
• 3.1.3 离散单元法的接触理论24-29
• 3.1.4 离散单元法的求解过程29-30
• 3.1.5 颗粒接触的搜索30-31
• 3.1.6 时间步长的确定31-32
• 3.2 EDEM数值计算软件介绍32-34
• 3.2.1 EDEM的功能特点32-33
• 3.2.2 EDEM与PFC对比33-34
• 3.3 细(微)观参数标定的原则34-35
• 3.4 宏观参数与细(微)观参数之间的关系35-36
• 3.5 细(微)观参数标定过程36-44
• 3.5.1 三轴压缩数值试验36-38
• 3.5.2 围压控制38-40
• 3.5.3 数值三轴试验结果40-42
• 3.5.4 堆积角验证实验42-44
• 3.6 小结44-46
• 第4章 盾构机构造与模型实现46-54
• 4.1 兰州地铁盾构构造46-48
• 4.2 盾构机CAD模型48-50
• 4.3 盾构EDEM模型实现50-54
• 第5章 面板式刀盘盾构施工颗粒流动及地表沉降模拟54-82
• 5.1 离散元模型及参数取值54-56
• 5.2 盾构土仓压力控制56-60
• 5.2.1 盾构掘进土压平衡机理分析56-58
• 5.2.2 土仓压力确定58-60
• 5.3 数值模拟方案与步骤60-61
• 5.4 数值模拟结果分析61-79
• 5.4.1 受力分析61-65
• 5.4.2 位移分析65-70
• 5.4.3 颗粒运动分析70-76
• 5.4.4 刀具磨损分析76-79
• 5.5 小结79-82
• 第6章 辐条式刀盘盾构施工颗粒流动及地表沉降模拟82-104
• 6.1 离散元模型及参数取值82-83
• 6.2 盾构土仓压力控制83
• 6.3 数值模拟方案与步骤83-84
• 6.4 数值模拟结果分析84-102
• 6.4.1 受力分析84-87
• 6.4.2 位移分析87-93
• 6.4.3 颗粒运动分析93-100
• 6.4.4 刀具磨损分析100-102
• 6.5 小结102-104
• 第7章 结论与展望104-106
• 参考文献106-112
• 学位论文数据集112

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