【摘要】：近年來(lái)隨著運(yùn)輸管道、地鐵、城市地下管廊等不同形式隧道的蓬勃發(fā)展,盾構(gòu)工法以其安全高效和能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)得到人們的廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。盾構(gòu)的始發(fā)和到達(dá)是盾構(gòu)隧道施工中的重要環(huán)節(jié),在這過(guò)程中端頭土體失穩(wěn)破壞則是盾構(gòu)施工中的重要風(fēng)險(xiǎn)源,在松散軟弱地層中,更容易發(fā)生失穩(wěn)破壞。本文就松散軟弱地層中的端頭土體失穩(wěn)破壞問(wèn)題展開(kāi)研究,利用顆粒流(PFC)軟件作為數(shù)值模擬的主要手段,該軟件不僅能反映出散體材料的真實(shí)變形,還能分析模型破壞過(guò)程中的細(xì)觀機(jī)理,同時(shí)利用室內(nèi)三軸試驗(yàn),確定模型的細(xì)觀參數(shù),分別建立砂土和黏土的端頭數(shù)值模型,結(jié)合室內(nèi)相似模型試驗(yàn)對(duì)端頭土體失穩(wěn)破壞模式及影響因素進(jìn)行分析。本文的主要的研究?jī)?nèi)容有:(1)利用PFC2D建立雙軸壓縮數(shù)值模型,改進(jìn)了墻體約束類型,運(yùn)用線性粘結(jié)鍵粘結(jié)顆粒組成柔性墻體,試驗(yàn)證明,柔性墻體不僅使邊界條件更加接近實(shí)際試驗(yàn),而且能省去傳統(tǒng)墻體的伺服,節(jié)省運(yùn)算時(shí)間。(2)通過(guò)室內(nèi)三軸試驗(yàn),分別得到的松散砂土和軟弱黏土的物理力學(xué)性質(zhì),借助PFC雙軸試驗(yàn),分析了模型參數(shù)對(duì)模擬材料宏觀屬性的影響:在砂土雙軸模型中,當(dāng)水平壓力較小(小于150kPa)時(shí),破壞峰值與顆粒的摩擦系數(shù)呈正相關(guān),當(dāng)摩擦系數(shù)較大(大于0.3)時(shí),其對(duì)強(qiáng)度的影響顯著增強(qiáng);模型的摩擦系數(shù)和黏聚力分別與顆粒的摩擦系數(shù)和粘結(jié)鍵強(qiáng)度具有近似線性的關(guān)系。(3)建立PFC數(shù)值模型,通過(guò)數(shù)值模擬從宏觀和細(xì)觀兩方面對(duì)端頭土體的失穩(wěn)破壞過(guò)程進(jìn)行分析,最終發(fā)現(xiàn)砂土地層中端頭土體失穩(wěn)破壞具有階段性的特點(diǎn),每個(gè)階段分為“松動(dòng)—成拱—塌落”三個(gè)階段;粘土地層中的破壞速度較慢,破壞面由一段近似豎直的直線和一段圓滑曲線組成,地表的位移呈臺(tái)階狀。(4)設(shè)計(jì)室內(nèi)相似模型試驗(yàn),根據(jù)相似試驗(yàn)原理配制試驗(yàn)材料,通過(guò)圖像采集分析獲取了端頭土體失穩(wěn)破壞面的形狀,并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值擬合后與數(shù)值模擬的結(jié)果對(duì)比。(5)利用PFC數(shù)值模型對(duì)影響端頭失穩(wěn)破壞的因素進(jìn)行了分析,隨著c、φ的增大,端頭土穩(wěn)定性增強(qiáng)。當(dāng)隧道埋深較淺(17.4米至23.4米)時(shí),隧道直徑對(duì)端頭土體的穩(wěn)定性影響最大,隧道直徑越大,隧道失穩(wěn)可能性越大。在粘土地層中,隧道埋深的影響要大于土體的黏聚力的影響,而在砂土地層中,埋深對(duì)穩(wěn)定性影響較小。(6)結(jié)合南京某盾構(gòu)工程實(shí)際,建立FLAC3D端頭失穩(wěn)模型,模擬端頭失穩(wěn)過(guò)程,并利用強(qiáng)度折減法原理計(jì)算了加固土體的穩(wěn)定系數(shù),可作為判斷端頭加固效果的重要指標(biāo)。
【圖文】：

逡逑區(qū)域并漫到車站的其他底板上（圖１．１）［１２］。過(guò)去的工程經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)告訴我們，盾逡逑構(gòu)施工過(guò)程中端頭土體失穩(wěn)破壞問(wèn)題不僅會(huì)拖延工期造成經(jīng)濟(jì)損失，而且如果不’逡逑能對(duì)端頭土的穩(wěn)定性進(jìn)行正確判斷，采取合理的加固措施，更會(huì)浪費(fèi)人力物力，逡逑甚至是生命的代價(jià)Ｄ３］。逡逑悘Ｈｉｔｅ逡逑圖１．１端頭地而沉降及始發(fā)井涌水涌砂逡逑目前國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者及技術(shù)人員對(duì)端頭土體的研宄主要在于端頭土體的加逡逑固，但只能進(jìn)行定性推算，不能夠準(zhǔn)確的確定加固范圍，而由于土體的離散性和逡逑破壞的不確定性，沒(méi)有形成系統(tǒng)的理論用來(lái)指導(dǎo)施工�；诖吮疚臄M對(duì)軟弱松散逡逑地層中盾構(gòu)端頭土體的失穩(wěn)破壞進(jìn)行分析，得出土體失穩(wěn)破壞的細(xì)觀失穩(wěn)破壞的逡逑規(guī)律，以期對(duì)端頭土體加固方法的選用和確定合理的端頭加固范圍有所幫助。逡逑１．２研究基礎(chǔ)和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑１．２．邋１理論基礎(chǔ)逡逑端頭土體的穩(wěn)定屬于邊坡穩(wěn)定分析中的一種特殊情況，與通常的邊坡相比而逡逑言

式中＾為除以折減系數(shù)后的黏聚力；九為除以折減系數(shù)后的內(nèi)摩擦角（按逡逑照真強(qiáng)度理論）。逡逑如圖１．２所示，對(duì)于黏性土來(lái)說(shuō)，條分法是將上部失穩(wěn)邊坡離散為》個(gè)土條，逡逑對(duì)每一塊土體作為單獨(dú)個(gè)體進(jìn)行分析，分別根據(jù)每塊土體Ｘ和；；兩個(gè)方向的力和逡逑力矩的平衡關(guān)系建立方程，另外每個(gè)存在（１．３）式中的平衡條件，都可以提供如逡逑個(gè)方程，但即使這樣，未知數(shù)和對(duì)應(yīng)方程數(shù)之差仍有（《－２）個(gè)，因而仍是一個(gè)高逡逑次超靜定問(wèn)題。逡逑／＼＼邐ａ逡逑／／邐Ａ－邋�。颍蓿浴辏诲义希ǎ幔┻姡迹瑁╁义蠄D１．２邊坡穩(wěn)定性條分法分析圖逡逑為了能夠使個(gè)高次超靜定問(wèn)題可解，人們提出不同假設(shè)，從而得到了不丨ｎｊ的逡逑條分法，，表１．１對(duì)兒種主要的極限平衡條分法進(jìn)行了對(duì)比。其屮瑞典條分法需要逡逑假設(shè)滑裂面的形狀為圓弧，并且不考慮土塊間的相互作用力，由于忽賂土條間的逡逑作用力，所以求得安全系數(shù)一般會(huì)較其他方法偏小，尤其是在滑裂面的弧度較大逡逑并且滑裂面較長(zhǎng)和孔隙水壓較大的條件下
【學(xué)位授予單位】：魯東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U455.43

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 樊文虎;楊平;姚夢(mèng)威;;盾構(gòu)始發(fā)端頭水平凍結(jié)加固方案設(shè)計(jì)研究[J];鐵道建筑;2015年08期

2 沈翔;袁大軍;;盾構(gòu)隧道掘進(jìn)面穩(wěn)定性砂土模型試驗(yàn)研究[J];土木工程學(xué)報(bào);2015年S1期

3 金大龍;李興高;;砂土地層盾構(gòu)隧道開(kāi)挖面支護(hù)壓力與地表變形關(guān)系模型試驗(yàn)研究[J];現(xiàn)代隧道技術(shù);2015年02期

4 郭瑞;何川;封坤;唐銳;;弱抗力地層盾構(gòu)隧道失穩(wěn)破壞的模型試驗(yàn)研究[J];鐵道學(xué)報(bào);2015年03期

5 宋克志;王夢(mèng)恕;孫謀;;淺埋盾構(gòu)隧道端頭土體穩(wěn)定性極限平衡分析[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年02期

6 王夢(mèng)恕;;中國(guó)盾構(gòu)和掘進(jìn)機(jī)隧道技術(shù)現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題及發(fā)展思路[J];隧道建設(shè);2014年03期

7 宋錦虎;繆林昌;胡斌;梁劍暉;;地下水對(duì)盾構(gòu)開(kāi)挖面上方土拱效應(yīng)影響的試驗(yàn)研究[J];土木工程學(xué)報(bào);2014年02期

8 湯旅軍;陳仁朋;尹鑫晟;孔令剛;黃博;陳云敏;;密實(shí)砂土地層盾構(gòu)隧道開(kāi)挖面失穩(wěn)離心模型試驗(yàn)研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);2013年10期

9 江玉生;江華;;大直徑土壓平衡盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)端頭加固研究[J];都市快軌交通;2013年01期

10 馬險(xiǎn)峰;王俊淞;李削云;余龍;;盾構(gòu)隧道引起地層損失和地表沉降的離心模型試驗(yàn)研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);2012年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 宋曙光;滲流作用下復(fù)合地層盾構(gòu)隧道施工開(kāi)挖面穩(wěn)定性及控制研究[D];山東大學(xué);2016年

2 孫謀;盾構(gòu)隧道進(jìn)出洞土體顆粒漸進(jìn)破壞模式分析及加固精細(xì)化設(shè)計(jì)研究[D];北京交通大學(xué);2011年

3 韋良文;泥水盾構(gòu)隧道施工土體穩(wěn)定性分析與試驗(yàn)研究[D];同濟(jì)大學(xué);2007年

4 徐前衛(wèi);盾構(gòu)施工參數(shù)的地層適應(yīng)性模型試驗(yàn)及其理論研究[D];同濟(jì)大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 郭建寧;基于盾構(gòu)地層損失理論的地表沉降分析及控制研究[D];西南交通大學(xué);2017年

2 林海山;盾構(gòu)隧道開(kāi)挖面穩(wěn)定性試驗(yàn)與顆粒流數(shù)值模擬研究[D];東南大學(xué);2016年

3 唐麗芝;雙地層盾構(gòu)隧道開(kāi)挖面穩(wěn)定性研究[D];湖南大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2676122