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砂粘复合地层隧道盾构施工引起地表沉降规律研究

2020-12-08阅读(739)

砂粘复合地层隧道盾构施工引起地表沉降规律研究

论文摘要

为了满足日益增长的城市人口,城市建设必然需要得到相应的急速发展才能与之相适应,这样导致市区可以使用的土地面积日益减少,城市面积不断扩大,地面交通越来越不堪重负从而造成了人们通勤上的困难。盾构作为地铁隧道的首要施工方法之一,具有对土体扰动小等优点,并在国内外地下工程建设中得到广泛应用。但是盾构施工仍然会对隧道周围土体产生一定的扰动,造成地层位移和地表沉降进而影响到周围环境,继而间接影响到隧道周围的建筑物。就砂粘复合土层而言,砂砾土具有无胶结、粘聚力接近零而摩擦角较大的松散结构,是一种自稳性较差的土体。在砂粘复合土层中盾构施工时,容易出现砂土层的塌陷、盾构机实际掘进路线与规划路线偏移等问题,甚至会导致大幅度地表沉降,为盾构施工与施工场地周边建筑带来极大的安全隐患。本文依托广州地铁某区间隧道盾构施工工程,对处于砂粘复合地层的六个监测断面横向沉降变形进行研究,同时使用有限元软件,对四种不同地层条件下盾构施工阶段进行模拟,主要工作与结论如下:(1)使用三种经典的地表沉降预测公式对砂粘复合地层地表沉降进行预测并比较,结果表明Peck计算公式与Attewell计算公式适合在砂粘复合地层使用,而Sagaseta计算公式不适合在砂粘复合地层使用。使用高斯峰值函数监测断面的地表横向沉降变形进行拟合,得出沉降槽宽度系数i的拟合值;通过高斯峰值函数拟合曲线对沉降槽的偏移进行分析,结果表明砂粘复合地层沉降槽偏移无明显规律;提出复合地层沉降槽宽度系数加权修正公式并将修正结果与拟合结果对比,说明了修正公式的可靠性。(2)使用MIDAS GTS NX有限元软件模拟四种不同地层条件下盾构施工过程,总结了砂粘复合地层条件下沉降槽形成的关键阶段以及各个阶段产生的沉降占比;对模型中土体分层沉降分析,给出沉降槽宽度与轴线处沉降随土体深度变化的规律;对地表沉降时程曲线进行分析,给出砂粘复合地层地表沉降时程曲线发生显著变化的位置和具体变化规律。(3)将监测数据拟合值、数值模拟值与实测地表横向沉降值进行对比,同时对照地表沉降时程曲线模拟值与实测值,说明本文采用的拟合函数和数值分析方法是可行的。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景
  •   1.2 盾构施工概述
  •     1.2.1 敞开式盾构
  •     1.2.2 封闭式盾构
  •   1.3 盾构隧道地表沉降机理
  •   1.4 国内外研究现状
  •     1.4.1 经验公式
  •     1.4.2 数值模拟
  •     1.4.3 人工神经网络
  •   1.5 研究意义和目的
  •   1.6 研究内容与技术路线
  •     1.6.1 研究内容
  •     1.6.2 技术路线
  • 第二章 砂粘复合地层地表沉降预测公式适用性与拟合分析
  •   2.1 引言
  •   2.2 工程概况
  •     2.2.1 场地岩土分层及特征
  •     2.2.2 地表监测点布置
  •   2.3 预测公式适用性研究
  •     2.3.1 Peck计算公式
  •     2.3.2 Attewell计算公式
  •     2.3.3 Sagaseta计算公式
  •     2.3.4 预测结果与适用性分析
  •   2.4 地表横向沉降曲线拟合
  •     2.4.1 函数的选择
  •     2.4.2 高斯峰值函数对断面监测数据的拟合
  •     2.4.3 沉降槽偏移分析
  •     2.4.4 砂粘复合地质沉降槽宽度系数加权修正
  •     2.4.5 砂粘复合地层与典型地层的横断面沉降特征比较
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 砂粘复合地层地表沉降数值模拟
  •   3.1 引言
  •   3.2 有限元原理与软件概述
  •     3.2.1 有限元分析原理
  •     3.2.2 MIDAS GTS NX软件的概述
  •     3.2.3 本构模型的选择
  •   3.3 计算模型建立
  •     3.3.1 模型材料参数
  •     3.3.2 几何建模以及网格划分
  •     3.3.3 边界条件与荷载条件
  •     3.3.4 施工阶段模拟
  •   3.4 模型计算结果与分析
  •     3.4.1 位移云图
  •     3.4.2 地表沉降槽形成过程分析
  •     3.4.3 地层土体分层沉降分析
  •     3.4.4 地表沉降纵向时程曲线
  •   3.5 本章小结
  • 第四章 模拟值与实测数据对比
  •   4.1 地表横向沉降对比
  •     4.1.1 YDK+870断面
  •     4.1.2 YDK+750断面
  •     4.1.3 YDK+900断面
  •     4.1.4 YDK+962断面
  •   4.2 沉降时程曲线对比
  •     4.2.1 YDK+870断面
  •     4.2.2 YDK+750断面
  •     4.2.3 YDK+900断面
  •     4.2.4 YDK+962断面
  •   4.3 本章小结
  • 第五章 结论与展望
  •   5.1 结论
  •   5.2 展望与不足
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间研究成果

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 邓崴

    导师: 潘建平

    关键词: 砂粘复合地层,盾构施工,地表沉降,数值模拟

    来源: 江西理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,公路与水路运输

    单位: 江西理工大学

    分类号: U455.43;P642.26

    总页数: 65

    文件大小: 4082K

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