松散地质条件下盾构隧道施工环境影响的数值模拟及试验

论文摘要

摘要：盾构法以其智能、快捷、安全的诸多优势,在城市地铁施工中被广泛的推广及应用。但是,由于盾构施工需要控制的因素较多,必然要对周围土体造成扰动,进而导致地面隆陷、地层水平位移等情况的发生。为减小盾构施工对施工沿线的管线、建筑物等造成的危害,有必要对施工引起的地面沉降进行研究。其中数值模拟是比较有效的方法之一,但是目前大多数研究所进行数值模拟均是基于土的加载原理来进行设置的,较多的采用摩尔库伦模型,然而事实上盾构施工过程中土体从受到扰动到支护稳定状态,整个过程为卸荷过程,用加载的方法进行模拟,难以准确反映地面隆陷真实水平。本文以北京地铁十五号线在建盾构项目为工程背景,基于卸载土力学的研究方法,对研究区域内盾构隧道上覆土体进行比重、压缩、常规三轴压缩、三轴卸荷试验,确定土体的基本物理力学指标及应力应变特征,通过FLAC3D对加、卸荷应力应变曲线进行拟合,确定土体的c（粘聚力）、（?）（内摩擦角）、E（弹性模量）、K（弹性膨胀线斜率）、λ（常态固结线斜率）等材料参数,进而分析两种应力路径下材料参数的差异,分析结果表明：在卸载路径下土体的粘聚力、内摩擦角、规范化弹性模量水平较加载路径均有所增大,其中规范化弹性模量增大幅度最大。根据区间施工监测方案、工程进展情况选取合适的监测断面展开研究,通过FLAC3D模拟地质环境、盾构施工过程特点进行建模,分别通过M-C、D-P、修正剑桥模型分别采用加、卸载试验参数对沉降的影响进行模拟,将计算出的结果同施工现场区间监测的实测数据进行对比,模拟结果表明：加载的模拟方法由于没有考虑加载与卸载差异性,计算出的数值偏大,而通过拟合卸荷曲线的方法将材料参数修正后所计算的沉降数值,由于考虑了加卸载的差异性因素,模拟出沉降量与现场的实测数据基本吻合；修正剑桥模型拟合的沉降曲线形态同实测的沉降曲线更加接近。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 盾构工法的发展现状
• 1.2.1 盾构工法的基本概念
• 1.2.2 盾构工法的发展史
• 1.2.3 盾构工法发展的国内外现状
• 1.3 盾构施工地表沉降国内外研究现状
• 1.3.1 经验、半经验公式法
• 1.3.2 数值分析法
• 1.4 地下工程卸荷原理的研究
• 1.4.1 地下工程开挖卸荷土体的研究
• 1.4.2 土体的卸荷试验研究
• 1.5 研究内容及方法
• 2 摩尔库伦模型参数敏感性分析
• 2.1 FLAC3D及M-C本构模型介绍
• 2.1.1 FLAC3D介绍
• 2.1.2 M-C本构模型介绍
• 2.2 参数的敏感性分析方案设计
• 2.3 计算结果
• 3 模型参数的试验确定
• 3.1 试样制作
• 3.1.1 固结试验试样的制作
• 3.1.2 三轴试验的试样制作
• 3.2 三轴试验
• 3.2.1 减压的三轴压缩固结排水试验（RTC）
• 3.2.2 常规三轴压缩固结排水试验（CTE）
• 3.3 标准固结试验
• 3.3.1 试验目的
• 3.3.2 实验步骤
• 3.3.3 试验结果
• 3.4 试验结果分析
• 3.4.1 应力路径曲线及变形模量差异性的对比分析
• 3.4.2 应力莫尔圆的差异性
• 3.5 应力应变关系的数值拟合
• 3.5.1 建立试样模型
• 3.5.2 三轴试验的模拟
• 3.5.3 M-C模型模拟结果
• 3.6 曲线模拟及试验结果小结
• 4 盾构开挖FLAC3D三维模拟
• 4.1 工程概况
• 4.1.1 地理位置
• 4.1.2 盾构区间地表沉降监测
• 4.2 盾构模型的建立与参数选取
• 4.2.1 隧道模拟本构模型的选取
• 4.2.2 管片衬砌的处理
• 4.2.3 等代层的处理
• 4.2.4 推动力的设定
• 4.2.5 模拟施工区域的选取
• 4.2.6 修正剑桥模型参数的确定
• 5 盾构隧道数值模拟结果与监测数据的对比分析
• 5.1 盾构开挖对地层变化的影响
• 5.2 盾构开挖对地表位移的影响
• 6 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集