【摘要】：土拱效應(yīng)廣泛存在于巖土工程領(lǐng)域，對(duì)地下結(jié)構(gòu)土壓力具有重要影響，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，但重力場對(duì)土拱效應(yīng)的影響，筒形擋土結(jié)構(gòu)空間拱效應(yīng)的研究則較少。本文采用物理試驗(yàn)、數(shù)值模擬相結(jié)合方式研究重力場對(duì)土拱效應(yīng)的影響；通過數(shù)值模擬對(duì)筒形擋土結(jié)構(gòu)空間拱效應(yīng)及土壓力進(jìn)行研究；在空間拱效應(yīng)研究基礎(chǔ)上，提出筒形擋土結(jié)構(gòu)土壓力計(jì)算方法。 依據(jù)磁力場模擬重力場思想，自行研制磁重力模型試驗(yàn)系統(tǒng)，研制了摻加超細(xì)四氧化三鐵的相似材料，可獲得近3.0g的重力場。進(jìn)行磁場強(qiáng)度分布測(cè)試，得出：在0.14m≤h≤0.30m，0.0m≤r0≤0.04m空間范圍內(nèi)，梯度磁場均勻分布，可實(shí)現(xiàn)磁力場恒定。開展活動(dòng)門試驗(yàn)的重力場效應(yīng)試驗(yàn)研究，結(jié)果表明重力場越大，歸一化土壓力越大，土拱效應(yīng)越弱。采用PFC2D進(jìn)行活動(dòng)門試驗(yàn)常規(guī)重力場下的離散元模擬，揭示土拱效應(yīng)發(fā)揮機(jī)理，得出極限狀態(tài)時(shí)側(cè)壓力系數(shù)線性變化規(guī)律，修正Terzaghi松動(dòng)土壓力計(jì)算公式。進(jìn)行不同重力場下的活動(dòng)門試驗(yàn)數(shù)值模擬，結(jié)合歸一化土壓力變化規(guī)律及主應(yīng)力、接觸力鏈演化規(guī)律得出重力場的增大，削弱了應(yīng)力拱的形成，土拱效應(yīng)弱化。 建立三維離散元模型，研究單一均質(zhì)土層筒形擋土結(jié)構(gòu)空間拱效應(yīng)及土壓力進(jìn)行單一均質(zhì)土層筒形擋土結(jié)構(gòu)土壓力模擬，研究土壓力隨墻體位移的變化規(guī)律，分析了主應(yīng)力，環(huán)向應(yīng)力變化規(guī)律，得出環(huán)向拱效應(yīng)先于豎向拱效應(yīng)發(fā)揮的結(jié)論；分析了高徑比，土體內(nèi)摩擦角，及重力場對(duì)主動(dòng)土壓力影響，得出歸一化主動(dòng)土壓力隨著高徑比，內(nèi)摩擦角，重力場的增大而減小的規(guī)律。首次對(duì)雙層土筒形擋土結(jié)構(gòu)土壓力進(jìn)行離散元數(shù)值模擬，當(dāng)上土層內(nèi)摩擦角小于下土層時(shí)，上土層中環(huán)拱效應(yīng)減弱，土壓力增大。 基于水平層分析法，考慮圓曲線形小主應(yīng)力拱，引入環(huán)向應(yīng)力系數(shù)，建立墻體移動(dòng)過程中內(nèi)摩擦角、墻-土摩擦角和環(huán)向應(yīng)力系數(shù)與位移的關(guān)系。根據(jù)徑向和豎直向受力平衡條件，構(gòu)建了均質(zhì)土層、多層土筒形擋土結(jié)構(gòu)主動(dòng)和非極限土壓力理論模型。分析土體內(nèi)摩擦角，墻-土摩擦角，高徑比，環(huán)向應(yīng)力系數(shù)對(duì)土壓力的影響。
【圖文】：

博士學(xué)位論文領(lǐng)域的發(fā)展，，土拱效應(yīng)現(xiàn)象也逐漸被認(rèn)知、重?cái)?shù)值模擬，現(xiàn)場測(cè)試及理論分析等手段對(duì)土拱性，土壓力的影響程度等方面進(jìn)行了一系列研工程實(shí)踐，并取得不錯(cuò)的效果�，F(xiàn)有對(duì)于土拱效用試驗(yàn)、數(shù)值模擬等方法，對(duì)土拱效應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)，及對(duì)土壓力的影響。(2)采用理論分析，對(duì)土出考慮土拱效應(yīng)的土壓力計(jì)算方法。

圖 1-3 土拱形成過程(Paikowsk,2003)Fig 1-3 Arch formation(Paikowsk,2003)Adachi(2003)[16]進(jìn)行三維活動(dòng)門試驗(yàn)研究，通過活動(dòng)門的逐步下移模擬開挖過程，指出活動(dòng)門的下移，對(duì)土壓力的影響非常大，上覆土層足夠厚，土拱效應(yīng)才能充分發(fā)揮。Lee(2006)[17]用 FLAC 軟件模擬了隧道開挖過程，分析了土拱效應(yīng)的演化規(guī)律，自定義土拱效應(yīng)系數(shù)，劃分主、被動(dòng)土拱效應(yīng)區(qū)域。Dewoolkar(2007)[18]在常規(guī)重力場和離心重力場兩種條件下進(jìn)行了活動(dòng)門試驗(yàn)，重力場的不同對(duì)活動(dòng)門試驗(yàn)其土拱形成有影響。其定義當(dāng)活動(dòng)門上土壓力最小時(shí)，即活動(dòng)門下降位移為活動(dòng)門直徑的 1.5%，活動(dòng)門上方形成圓穹，該過程為最大土拱效應(yīng)。隨剪切帶是逐步向上發(fā)展的向上發(fā)展，完整的穹形破壞，作用在活動(dòng)門上的土壓力增加，隨著活動(dòng)門兩側(cè)的剪切帶至表面，形成了最小土拱效應(yīng)。并指出活動(dòng)門填土高度與活動(dòng)門直徑大于等于 5.0 時(shí)，最小土壓力基本保持不變。Dang(2008)[19]采用三維離散元方法模擬了活動(dòng)門試驗(yàn)，并根據(jù)接觸力分布簡單分析了土拱效應(yīng)的形成。朱偉(2008)[20]對(duì)盾構(gòu)開挖進(jìn)行了顆粒流數(shù)值模擬，得
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU43

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2537723