【摘要】：近年來隨著運輸管道、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)對復雜的地質(zhì)的優(yōu)點得到人們的廣泛認可和應(yīng)用。盾構(gòu)的始發(fā)和到達是盾構(gòu)隧道施工中的重要環(huán)節(jié),在這過程中端頭土體失穩(wěn)破壞則是盾構(gòu)施工中的重要風險源,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)破壞問題展開研究,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變形,還能分析模型破壞過程中的細觀機理,同時利用室內(nèi)三軸試驗,確定模型的細觀參數(shù),分別建立砂土和黏土的端頭數(shù)值模型,結(jié)合室內(nèi)相似模型試驗對端頭土體失穩(wěn)破壞模式及影響因素進行分析。本文的主要的研究內(nèi)容有:(1)利用PFC2D建立雙軸壓縮數(shù)值模型,改進了墻體約束類型,運用線性粘結(jié)鍵粘結(jié)顆粒組成柔性墻體,試驗證明,柔性墻體不僅使邊界條件更加接近實際試驗,而且能省去傳統(tǒng)墻體的伺服,節(jié)省運算時間。(2)通過室內(nèi)三軸試驗,分別得到的松散砂土和軟弱黏土的物理力學性質(zhì),借助PFC雙軸試驗,分析了模型參數(shù)對模擬材料宏觀屬性的影響:在砂土雙軸模型中,當水平壓力較小(小于150kPa)時,破壞峰值與顆粒的摩擦系數(shù)呈正相關(guān),當摩擦系數(shù)較大(大于0.3)時,其對強度的影響顯著增強;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)鍵強度具有近似線性的關(guān)系。(3)建立PFC數(shù)值模型,通過數(shù)值模擬從宏觀和細觀兩方面對端頭土體的失穩(wěn)破壞過程進行分析,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,每個階段分為“松動—成拱—塌落”三個階段;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,地表的位移呈臺階狀。(4)設(shè)計室內(nèi)相似模型試驗,根據(jù)相似試驗原理配制試驗材料,通過圖像采集分析獲取了端頭土體失穩(wěn)破壞面的形狀,并對其進行數(shù)值擬合后與數(shù)值模擬的結(jié)果對比。(5)利用PFC數(shù)值模型對影響端頭失穩(wěn)破壞的因素進行了分析,隨著c、φ的增大,端頭土穩(wěn)定性增強。當隧道埋深較淺(17.4米至23.4米)時,隧道直徑對端頭土體的穩(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,埋深對穩(wěn)定性影響較小。(6)結(jié)合南京某盾構(gòu)工程實際,建立FLAC3D端頭失穩(wěn)模型,模擬端頭失穩(wěn)過程,并利用強度折減法原理計算了加固土體的穩(wěn)定系數(shù),可作為判斷端頭加固效果的重要指標。
【圖文】：

逡逑區(qū)域并漫到車站的其他底板上（圖１．１）［１２］。過去的工程經(jīng)驗教訓告訴我們，盾逡逑構(gòu)施工過程中端頭土體失穩(wěn)破壞問題不僅會拖延工期造成經(jīng)濟損失，而且如果不’逡逑能對端頭土的穩(wěn)定性進行正確判斷，采取合理的加固措施，更會浪費人力物力，逡逑甚至是生命的代價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內(nèi)外專家學者及技術(shù)人員對端頭土體的研宄主要在于端頭土體的加逡逑固，但只能進行定性推算，不能夠準確的確定加固范圍，而由于土體的離散性和逡逑破壞的不確定性，沒有形成系統(tǒng)的理論用來指導施工。基于此本文擬對軟弱松散逡逑地層中盾構(gòu)端頭土體的失穩(wěn)破壞進行分析，得出土體失穩(wěn)破壞的細觀失穩(wěn)破壞的逡逑規(guī)律，以期對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（按逡逑照真強度理論）。逡逑如圖１．２所示，對于黏性土來說，條分法是將上部失穩(wěn)邊坡離散為》個土條，逡逑對每一塊土體作為單獨個體進行分析，分別根據(jù)每塊土體Ｘ和；；兩個方向的力和逡逑力矩的平衡關(guān)系建立方程，另外每個存在（１．３）式中的平衡條件，都可以提供如逡逑個方程，但即使這樣，未知數(shù)和對應(yīng)方程數(shù)之差仍有（《－２）個，因而仍是一個高逡逑次超靜定問題。逡逑／＼＼邐ａ逡逑／／邐Ａ－邋！ｒ＾Ｔ￡；逡逑（ａ）邐＜ｈ）逡逑圖１．２邊坡穩(wěn)定性條分法分析圖逡逑為了能夠使個高次超靜定問題可解，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對兒種主要的極限平衡條分法進行了對比。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和孔隙水壓較大的條件下
【學位授予單位】：魯東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U455.43

【參考文獻】

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本文編號：2676122