盾構(gòu)施工開挖面變形與破壞機(jī)理研究

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1、河海大學(xué)博士學(xué)位論文盾構(gòu)施工開挖面變形與破壞機(jī)理研究姓名：秦建設(shè)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：巖土工程指導(dǎo)教師：朱偉;盧廷浩20050501摘要摘要盾構(gòu)隧道簏工中，通過在開挖面前方土層麓加與原始地層應(yīng)力相等的支護(hù)應(yīng)力來預(yù)防開挖引起的地層變位，但是由于地層條件的千變?nèi)f化及施工綜合因素的影響，使得開挖面支護(hù)壓力的設(shè)定與控制較為困難。土壓式盾構(gòu)施工中開挖面支護(hù)壓力設(shè)定與實(shí)際表現(xiàn)受到壓力艙土性及掘進(jìn)參數(shù)等因素的影響，使得實(shí)際施工中壓力值波動(dòng)很大，同時(shí)受施工中地層條件及埋深的不斷變化要求，實(shí)際支護(hù)壓力設(shè)定值也不斷改變，所有都為實(shí)際工程中開挖面的穩(wěn)定控制帶來隱患。因此研究支護(hù)壓力

2、控制引起開挖面的變形與破壞問題具有實(shí)際工程意義。本文針對(duì)開挖面支護(hù)壓力控制與隧道地層變形及破壞問題研究需要，采用能夠考慮大變形、漸進(jìn)破壞的三維有限差分(Flac3D)數(shù)值計(jì)算程序，設(shè)計(jì)數(shù)值模擬試驗(yàn)方案，研究盾構(gòu)隧道施工中開挖面支護(hù)壓力控制與掘進(jìn)引起周圍圍巖的變形及破壞問題，主要內(nèi)容如下：(1)研究不同支護(hù)壓力下隧道地層的變形規(guī)律，提出了開挖面支護(hù)壓大小與隧道地層變形表現(xiàn)可概化為三個(gè)階段：通過對(duì)開挖面支護(hù)壓力不足引起的地層應(yīng)力釋放率進(jìn)行研究，得到釋放率大小與土體位置相關(guān)等認(rèn)識(shí)，提出考慮支護(hù)壓力來確定土體應(yīng)力釋放率的方法：(2)研究了砂土及粘土地層中開挖面失穩(wěn)破壞模

3、式及破壞后發(fā)展變形規(guī)律，提出盾構(gòu)施工中，開挖控制應(yīng)該考慮土體變形模量來決定采用壓力控制還是變形控制；對(duì)開挖面失穩(wěn)發(fā)展規(guī)律研究表明，盾構(gòu)掘進(jìn)工程中，開挖面失穩(wěn)后破壞發(fā)展程度與盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中的超排土量密切相關(guān)；(3)不同隧道洞徑、埋深及土層參數(shù)對(duì)開挖面極限支護(hù)壓力,RIN道地層變形與破壞的影響研究表明，隨著土體強(qiáng)度增大，土壓盾構(gòu)施工中敞開式開挖模式能夠保證正常施工要求；隨著埋深的增大，極限支護(hù)壓力有所增大，粘土地層表現(xiàn)更為明顯；洞徑與開挖面極限最小支護(hù)壓力成簡單線性關(guān)系；(4)基于模擬擋板下落數(shù)值計(jì)算研究，對(duì)極限支護(hù)壓力楔型體計(jì)算模型中的關(guān)鍵參數(shù)一上覆松動(dòng)土壓力的

4、確定進(jìn)行分析，提出考慮位移量影晌的上覆土體松動(dòng)±壓力計(jì)算方法，最后，結(jié)合盾構(gòu)施工開挖面失穩(wěn)模式認(rèn)識(shí)，對(duì)極限支護(hù)壓力楔型體模型的應(yīng)用進(jìn)行改進(jìn)。關(guān)鍵詞：土壓式盾構(gòu)、變形、破壞、數(shù)值模擬、支護(hù)壓力、楔型體模型一．皇璧璺t_——————————————一AbstractDuringshieldturmelling，supportpressurewhichisequaltotheoriginalstressatexcavafionsurfaceisusuallyappliedatexcavationsurfacetOpreventvannelling—inducedsoi

5、ldeformationItowe、cer,thedesignandcontrolofappropriatesupportpressure#madodlffIcultbvthelargevariationofsoilconditionsanduncertaintiesinactualfiledconstruction．Inthefield，thesupportpressureisappliedthrou曲婦excavatedsoilmasswithorwithoutadditivesinworkingchamberofearthpressurefEP)shiel

6、dTherefore，theactualsupportpressureisstronglyinfluencedbythepropertyofthemixtureattheopenfaceFurthermore，suDportpressureshouldvarvwithoverburdencontinuouslyThe西evefaClOtSinailraisetheconcealOntheriskoffacestabili“ThUSitiSofpracticalsignificancetostudytheef[ectofstmportpresSulyeonsoll

7、deFOrmationandfacestabititvInthispaper,athree—dimensionalFastLagrangianfinitedifferenceprogram(FI，AC?)，WhichCUllsimulatelarge．straindetormationandprogressivefailure．isadoptedtostudythesolldetormalionandfailuremechanisminEPshioldtunnelIingThemaincontentsearlbesummarizedasfoflows：f1)fh

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