本文關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性試驗與顆粒流數(shù)值模擬研究

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【摘要】：地鐵盾構(gòu)施工因具有自動化程度高、掘進速度快及對地面建筑物影響小等優(yōu)點,而被廣泛應(yīng)用于城市地鐵建設(shè)中。如果盾構(gòu)掘進過程中對開挖面支護力控制不當,繼而會引發(fā)地表建筑物不均勻沉降、市政管線損壞等不良后果。本文基于室內(nèi)模型試驗、數(shù)值模擬及理論計算相結(jié)合的方法,對砂土地層盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)破壞模式、開挖而支護力與位移關(guān)系、土拱效應(yīng)等進行了研究。論文主要研究內(nèi)容及成果如下：(1)通過砂土地層盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性室內(nèi)模型試驗,采用數(shù)字圖像分析技術(shù)分別研究了不同埋深比和砂土密度條件下,開挖面前方土體的位移變形發(fā)展過程、開挖面失穩(wěn)破壞模式以及開挖面位移與支護力的關(guān)系。(2)利用PFC2D顆粒流模擬了砂土室內(nèi)三軸試驗,將數(shù)值模擬得到的砂土應(yīng)力-應(yīng)變曲線與室內(nèi)試驗獲取的相關(guān)曲線進行了比較,通過調(diào)整細觀參數(shù)對砂土的宏觀參數(shù)和細觀參數(shù)進行標定�；诤昙氂^參數(shù)標定的結(jié)果,驗證了顆粒流模擬砂土顆粒宏觀力學響應(yīng)的可靠性與合理性。(3)利用PFC2D建立砂土地層盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性數(shù)值模型,模擬了開挖面失穩(wěn)破壞的發(fā)展過程,分析了開挖面失穩(wěn)破壞過程中前方土體顆粒間接觸力、區(qū)域土體孔隙率以及土體應(yīng)力等細觀參數(shù)的變化情況,從細觀角度揭示了開挖面失穩(wěn)破壞過程中土拱效應(yīng)的作用機理,并且驗證了開挖面位移與開挖面支護力之間的關(guān)系。(4)推導(dǎo)了開挖面極限支護力的簡化計算公式,并將室內(nèi)試驗、數(shù)值模擬及公式計算的結(jié)果進行對比驗證。
【關(guān)鍵詞】：盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性 失穩(wěn)破壞模式 開挖面極限支護力 土拱效應(yīng) 顆粒流
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U455.43
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-20
• 1.1 研究背景與意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 理論研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 模型試驗研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 存在的問題17-18
• 1.4 主要研究內(nèi)容18-19
• 1.5 技術(shù)路線圖19-20
• 第二章 盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性模型試驗方案20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 試驗?zāi)康?/span>20-21
• 2.3 試驗裝置設(shè)計21-22
• 2.3.1 模型尺寸確定21
• 2.3.2 模型結(jié)構(gòu)設(shè)計及試驗原理21-22
• 2.3.3 模型測量系統(tǒng)22
• 2.4 土壓力盒標定22-23
• 2.5 試驗用砂制備23-28
• 2.5.1 顆粒粒徑分析試驗24-25
• 2.5.2 砂土直剪試驗25-28
• 2.6 模型箱試驗設(shè)計28-29
• 2.6.1 砂土填筑方案28
• 2.6.2 模型試驗內(nèi)容28-29
• 2.7 本章小結(jié)29-30
• 第三章 干砂地層盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性模型試驗30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 模型試驗結(jié)果分析30-43
• 3.2.1 支護力不足30-39
• 3.2.1.1 開挖面前方土體位移變形發(fā)展過程30-35
• 3.2.1.2 開挖而位移和開挖面處支護力之間的關(guān)系35-37
• 3.2.1.3 開挖面前方土體失穩(wěn)破壞模式37-39
• 3.2.2 支護力過大39-43
• 3.2.2.1 開挖面前方土體破壞區(qū)域分析40-42
• 3.2.2.2 開挖面支護力變化規(guī)律42-43
• 3.3 本章小結(jié)43-45
• 第四章 顆粒流理論簡介及宏細觀參數(shù)標定45-62
• 4.1 引言45
• 4.2 PFC顆粒流介紹45-51
• 4.2.1 顆粒流模型的基本假定46-47
• 4.2.2 顆粒流的基本求解步驟47
• 4.2.3 顆粒流的計算周期47-48
• 4.2.4 接觸本構(gòu)模型48
• 4.2.5 基本理論簡介48-51
• 4.3 砂土顆粒二維與三維孔隙率的轉(zhuǎn)換方法51-53
• 4.4 PFC2D顆粒流細觀參數(shù)與材料宏觀力學參數(shù)的標定53-61
• 4.4.1 宏細觀參數(shù)標定原則53-54
• 4.4.2 砂土雙軸試驗數(shù)值模擬過程54-55
• 4.4.3 砂土雙軸試驗的細觀參數(shù)影響55-59
• 4.4.3.1 摩擦系數(shù)的影響55-57
• 4.4.3.2 孔隙率的影響57-58
• 4.4.3.3 顆粒接觸剛度的影響58-59
• 4.4.4 雙軸數(shù)值模擬與常規(guī)三軸試驗的比較59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性的顆粒流模擬62-78
• 5.1 引言62
• 5.2 數(shù)值模擬過程62-64
• 5.3 土拱效應(yīng)分析64-71
• 5.4 開挖面支護力71-76
• 5.4.1 數(shù)值模擬開挖面位移-支護力關(guān)系71-72
• 5.4.2 開挖面上覆土壓力計算方法72-75
• 5.4.3 開挖面最小支護力簡化計算75-76
• 5.5 本章小結(jié)76-78
• 第六章 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 論文主要研究成果78-79
• 6.2 不足與展望79-80
• 參考文獻80-83
• 致謝83

【參考文獻】

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本文編號：1022146