【摘要】：地下水是城市地下工程災(zāi)害中的關(guān)鍵致災(zāi)因子,也是影響富水軟弱地層盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性的重要因素。而地層與地下水間的流-固耦合作用是貫穿上述過程的主要物理機(jī)制。針對(duì)當(dāng)前理論解析、數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)等方法對(duì)細(xì)觀尺度流-固耦合效應(yīng)考慮不足的問題,本文從地層顆粒與滲流場之間的的耦合作用出發(fā),建立了滲流作用下盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)破壞的離散元數(shù)值模型,通過對(duì)比有、無滲流條件下的開挖面失穩(wěn)特性,揭示了滲流對(duì)開挖面穩(wěn)定性的作用機(jī)理。進(jìn)一步開展了滲流-侵蝕聯(lián)合作用下的盾構(gòu)隧道開挖面滲流破壞模型試驗(yàn),揭示了不同級(jí)配地層滲流-侵蝕聯(lián)合作用下的失穩(wěn)模式及其細(xì)觀機(jī)理。本文主要工作及研究成果如下:(1)離散元顆粒模型細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定�；贛BD-DEM耦合方法建立了顆粒材料的虛擬直剪試驗(yàn)?zāi)Ｐ?在此基礎(chǔ)上探究了顆粒材料細(xì)觀參數(shù)對(duì)其宏觀力學(xué)性能的影響,根據(jù)所需參數(shù)完成了對(duì)試樣的標(biāo)定,通過顆粒材料堆積試驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)果的合理性。(2)無水地層及飽水無滲流地層盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)破壞規(guī)律研究。建立了無水及飽水無滲流地層中盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)的離散元模型,并實(shí)現(xiàn)了對(duì)位移控制式開挖面失穩(wěn)破壞過程的模擬。計(jì)算了不同埋深條件下的6組模擬工況,據(jù)此獲取了開挖面失穩(wěn)過程中有效支護(hù)力、地層位移、接觸力網(wǎng)絡(luò)、地層孔隙率的變化規(guī)律,明確了盾構(gòu)隧道開挖面的失穩(wěn)破壞模式及其階段特性。(3)滲流作用下盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)破壞規(guī)律研究�；贑FD-DEM方法建立了滲流作用下盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)破壞數(shù)值模型,并根據(jù)隧道埋深及水力邊界條件設(shè)置了 9組分析工況,獲取了滲流作用下開面失穩(wěn)過程中有效支護(hù)壓力、地層變形、孔隙率等參量的變化特征,揭示了滲流場對(duì)開挖面有效支護(hù)力的加成效應(yīng)及滲流對(duì)地層成拱能力的削弱作用,進(jìn)一步總結(jié)了滲流對(duì)開挖面失穩(wěn)破壞過程的作用效應(yīng)。(4)不連續(xù)級(jí)配地層滲流-侵蝕聯(lián)合作用下開挖面失穩(wěn)破壞機(jī)理。根據(jù)試驗(yàn)需求設(shè)計(jì)了模型試驗(yàn)箱、盾構(gòu)隧道開挖面滲流失穩(wěn)裝置、開挖面細(xì)顆粒流失量實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置等試驗(yàn)設(shè)備,結(jié)合非接觸式位移量測系統(tǒng)獲取了開挖面前方地層的變形規(guī)律。在此基礎(chǔ)上考慮了粗、細(xì)顆粒不同比例地層的失穩(wěn)破壞特征,并研了隧道埋深、水位及有、無滲流條件對(duì)開挖面失穩(wěn)破壞過程的作用效應(yīng)。通過試驗(yàn)總結(jié)了滲流作用下開挖面前方失穩(wěn)區(qū)的演化規(guī)律,從細(xì)觀上揭示了細(xì)顆粒含量對(duì)不連續(xù)級(jí)配地層中開挖面穩(wěn)定性的影響效應(yīng)。
【圖文】：

支護(hù)、土倉出土、盾尾密封、管片拼裝、同步注漿及二次注漿等。其中，維持開挖逡逑面的穩(wěn)定性為盾構(gòu)施工的核心內(nèi)容，，常用的方法是土壓支護(hù)及泥水支護(hù)。城市地下逡逑工程施工中常用的土壓平衡盾構(gòu)典型結(jié)構(gòu)如圖１－２所示：逡逑圖１－２邋土壓平衡盾構(gòu)典型結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＥＰＢ邋ｓｈｉｅｌｄ邋ｍａｃｈｉｎｅ逡逑然而，在城市地下工程建設(shè)過程中，地層條件的復(fù)雜性，城市環(huán)境的敏感性以逡逑及施工措施的不確定性的相互作用導(dǎo)致地下工程安全事故屢見不鮮。２００３年７月逡逑１日，上海軌道交通四號(hào)線浦東南路站至南浦大橋站越江區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通凍結(jié)法失逡逑效導(dǎo)致江水倒灌，繼而引發(fā)房屋、防汛墻的破壞；２００５年北京地鐵十號(hào)線熊貓環(huán)逡逑島車站施工由于污水管線滲漏造成基坑坍塌；２００８年杭州市地鐵１號(hào)線湘湖站基逡逑坑坍塌導(dǎo)致１１輛汽車下沉陷落，并造成施工人員１７人死亡，４人失蹤；２０１１年，逡逑天津市地鐵２號(hào)線建國道至天津站區(qū)間盾構(gòu)工程發(fā)生涌水涌砂事件，導(dǎo)致左右線逡逑盾構(gòu)機(jī)被埋，左線隧道１１３．５ｍ，右線隧道１３３．２ｍ的管片變形破損嚴(yán)重；２０１８年逡逑２月，佛山地鐵２號(hào)線綠島湖至湖涌盾構(gòu)區(qū)間突發(fā)透水事故，引發(fā)隧道管片變形及逡逑破壞

達(dá)到屈服強(qiáng)度，并通過靜力平衡與力矩平衡等關(guān)系求得極限支護(hù)力。逡逑Ｈｏｍ（１９６１）［３］基于Ｊａｎｓｅｅｎ（１８９５）［４］的筒倉理論最早了提出了隧道開挖面破壞的逡逑三維楔形體模型，如圖１－３所示，將破壞區(qū)簡化為由下部楔形體及上部棱柱體組成逡逑的幾何模。此后Ｍｕｒａｙａｍａ（１９６６）提出一種二維對(duì)數(shù)螺旋線模型，采用數(shù)螺旋線表逡逑征破壞區(qū)下部土體的滑裂面，上部松動(dòng)土體的范圍根據(jù)滑動(dòng)面頂部寬度確定，在松逡逑動(dòng)荷載的作用下，對(duì)滑動(dòng)體建立力學(xué)平衡方程，求得極限支護(hù)力。逡逑卞“’．．．．．逡逑ｘｉｆｆｌｌ邐－邋＿ｒｌ逡逑Ｌｊ：Ｘ逡逑圖１－３三維楔形體模型邐圖１－４二維對(duì)數(shù)螺旋線模型逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋３Ｄ邋ｗｅｄｇｅ邋ｍｏｄｅｌ邐Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋２Ｄ邋ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ邋ｓｐｉｒａｌ邋ｍｏｄｅｌ逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U455.43

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2657064