本文關鍵詞： 城市地鐵隧道 復雜地層 空洞結構 穩(wěn)定性 變形效應 變形預測 模型試驗 現場監(jiān)測　出處：《北京交通大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：地層條件的復雜性主要表現為地層巖性多變,且經歷多次地質活動,地層中賦存了各種形式的缺陷結構,相對地層而言,缺陷結構屬于細觀層面,是地層中的細觀結構。在城市地鐵建設中,隧道施工不可避免地對地層細觀結構造成擾動,使細觀結構變形、失穩(wěn),進而引發(fā)地表沉降過大、地面塌陷等事故災害。面對環(huán)境條件復雜、地層敏感性高、控制標準嚴苛的城市地鐵建設環(huán)境,傳統(tǒng)的基于連續(xù)介質的地層沉降預測方法對復雜地層的預測結果有效性、可靠性大大降低,無法滿足要求。預測過程中應考慮細觀結構失穩(wěn)后的宏觀變形效應問題。針對這一系列問題,論文對城市地層中空洞結構分類、空洞結構的失穩(wěn)機理、影響因素、變形效應、地層變形預測等研究內容進行了系統(tǒng)深入的研究,主要開展工作及研究成果如下： (1)明確了復雜地層的內涵,提出典型空洞形態(tài)類型。復雜城市地層是由連續(xù)介質的巖土體和缺陷結構體組成的復合結構體,其力學性能表現為整體結構性質。地層缺陷是廣義的地層空洞,從形態(tài)學上可將地層空洞結構歸結為(類)圓形、臥式橢圓形、立式橢圓形三大類。 (2)提出空洞結構的三種破壞模式：洞式漸進破壞、梁式破壞、拱式破壞。圓形空洞為漸進破壞,兩側的剪切滑移為初次破壞,頂部破壞為二次破壞；臥式橢圓空洞破壞模式為梁式破壞；立式橢圓空洞破壞模式為拱式破壞；從破壞模式的角度將空洞結構分為了三大類,即洞式、梁式、拱式三種地層空洞類型。 (3)建立力學模型分析了空洞結構失穩(wěn)機制,其破壞機理為拉-剪綜合破壞,且與空洞形狀、大小、發(fā)育深度以及外部荷載密切相關�；趶妥兒瘮道碚摲治�,地層中圓形或立式橢圓空洞結構穩(wěn)定性相對臥式橢圓空洞較好,臥式橢圓空洞以受拉破壞為主。在大量計算分析的基礎上給出了空洞地層的分區(qū)模式,基于灰色關聯度理論分析,空洞結構受拉塑性區(qū)范圍的決定因素是空洞的大小,剪切塑性區(qū)范圍的決定因素是外部荷載作用。 (4)隧道施工影響下造成空洞結構變形,空洞周邊塑性區(qū)的分布與其變形方式密切相關。隧道施工影響下地層中圓形空洞的變形方式可分為徑向收縮、橢圓化變形、豎向沉降和水平側移四種基本方式；徑向收縮使空洞地層塑性區(qū)由左右兩側的局部分布向環(huán)形分布發(fā)展,橢圓化變形造成空洞頂部和底部圍巖剪切屈服,豎向沉降使洞周塑性區(qū)由兩側向頂部轉移,水平側移促使空洞兩側剪切屈服。梁式空洞兩端的差異沉降值超過臨界值后會導致結構失穩(wěn)。拱式空洞拱腳處的沉降值或水平位移超過臨界值后將會導致結構失穩(wěn)。 (5)分析了空洞地層的變形機理,提出了城市隧道施工影響下復雜地層變形的三個層面,即基于地層材料層面的彈塑性變形、基于空洞結構層面的結構控制型變形以及基于地層環(huán)境層面的固結性變形。就空洞結構對地層變形的影響效應進行分類。給出了三種類型空洞結構變形效應的表征和計算方法。建立了在考慮時空作用效應后對三個層面的變形進行疊加以實現復雜地層變形準確預測的計算方法。依托北京地鐵黃莊站工程進行了應用分析,預測結果的可靠性滿足工程要求。
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【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U231.1;U452.11

【參考文獻】

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本文編號：1551686