论文摘要
随着我国城市化进程的加速,由于城市人口剧增而导致的交通拥堵成为各大城市在出行高峰时段越来越常见的现象。作为各大、中型城市的主要交通方式之一,地下铁道以其不占用地表空间,并兼顾安全、高效、环保等优点,成为解决我国城市交通问题的首选方案。城市地下空间中基础和管线密布,工程地质及水文地质条件复杂,对地铁修建时开挖面的稳定性要求高,故地铁区间隧道大都采用对周边环境影响小的盾构法进行施工。此外,在我国南方地区,河网密度大,地下水水位高,地下水的渗流效应是影响盾构隧道开挖面稳定性的一个重要因素。因此,本文基于Hoek-Brown非线性破坏准则和极限分析上限定理,对考虑地下水渗流作用下盾构隧道开挖面前方土体的变形区域和极限状态下的破坏模式开展研究,为盾构隧道开挖面的稳定性分析和安全评估提供理论依据。本文的主要研究内容如下:（1）根据盾构隧道施工过程中土舱压力设定不足和过大导致开挖面前方土体发生塌落和挤出两种变形的特征,采用任意线型的曲线构建了开挖面前方土体塌落及挤出两种上限破坏机制;（2）基于上述两种破坏机制,结合Hoek-Brown非线性破坏准则和极限分析上限定理,在考虑地下水渗流的基础上通过计算破坏机制中的外力功率和内能耗散功率,获得包含破坏面曲线的目标函数,利用变分法计算得到考虑地下水渗流作用的开挖面前方土体破坏面解析方程;（3）根据计算得到的盾构隧道开挖面前方土体破坏面解析方程绘制出极限状态下开挖面前方土体的破坏面形状,在此基础上总结不同参数对开挖面前方土体破坏范围的影响规律;（4）依托长沙地铁二号线的实测数据,采用有限差分软件FLAC3D建立了考虑渗流作用下盾构隧道掘进的三维模型。通过模拟盾构隧道的开挖过程,得到了开挖面前方土体在极限状态下的破坏形态。将盾构隧道开挖面前方土体破坏面的数值解与理论解进行对比分析,验证了理论计算的正确性。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论 1.1 研究背景与意义 1.2 国内外研究现状 1.2.1 数值模拟法在隧道稳定性研究中的应用 1.2.2 模型试验法在隧道稳定性研究中的应用 1.2.3 理论分析法在隧道稳定性研究中的应用 1.3 本文的研究内容第二章 Hoek-Brown破坏准则与极限分析理论 2.1 Hoek-Brown非线性破坏准则 2.2 极限分析理论 2.2.1 塑性最大功率原理与虚功率原理 2.2.2 极限分析上限定理 2.3 变分法理论 2.4 本章小结第三章 考虑地下水渗流的盾构隧道开挖面塌落破坏模式上限分析 3.1 地下水渗流场分析 3.2 推导思路与流程图 3.3 考虑地下水渗流的盾构隧道开挖面塌落破坏模式上限计算 3.3.1 考虑地下水渗流的盾构隧道开挖面塌落型上限破坏机制 3.3.2 基于H-B破坏准则的盾构隧道开挖面前方土体塌落型破坏能耗计算 3.4 各参数对隧道开挖面塌落破坏范围的影响分析 3.4.1 参数A对开挖面前方土体破坏范围的影响c对开挖面前方土体破坏范围的影响'> 3.4.2 参数σc对开挖面前方土体破坏范围的影响 3.4.3 参数β对开挖面前方土体破坏范围的影响 3.4.4 参数D对开挖面前方土体破坏范围的影响 3.4.5 考虑渗流作用对开挖面前方土体破坏范围的影响 3.5 本章小结第四章 考虑地下水渗流的盾构隧道开挖面挤出破坏模式上限分析 4.1 引言 4.2 考虑地下水渗流的盾构隧道开挖面挤出破坏模式上限计算 4.2.1 考虑地下水渗流的盾构隧道开挖面挤出型上限破坏机制 4.2.2 基于H-B破坏准则的盾构隧道开挖面前方土体挤出型破坏能耗计算 4.3 各参数对隧道开挖面挤出破坏范围的影响分析 4.3.1 参数A对开挖面前方土体破坏范围的影响c对开挖面前方土体破坏范围的影响'> 4.3.2 参数σc对开挖面前方土体破坏范围的影响 4.3.3 参数β对开挖面前方土体破坏范围的影响 4.3.4 参数D对开挖面前方土体破坏范围的影响 4.3.5 考虑渗流作用对开挖面前方土体破坏范围的影响 4.4 本章小结第五章 考虑地下水渗流的盾构隧道开挖面破坏模式数值模拟 5.1 FLAC软件介绍 5.1.1 FLAC软件计算原理 5.1.2 Hoek-Brown准则在FLAC中的实现 5.2 考虑地下水渗流的盾构隧道数值模型 5.2.1 工程概况 5.2.2 M-C准则与H-B准则间的参数转化 5.2.3 数值模型建立 5.3 数值解与上限解对比分析 5.4 本章小结结论与展望 结论 展望参考文献致谢附录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 欧若辰
导师: 黄阜
关键词: 地下水渗流效应,极限分析上限定理,盾构隧道,非线性破坏准则,开挖面
来源: 长沙理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 地质学,公路与水路运输
单位: 长沙理工大学
分类号: U455.43;P641.2
DOI: 10.26985/d.cnki.gcsjc.2019.000218
总页数: 73
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标签：地下水渗流效应论文; 极限分析上限定理论文; 盾构隧道论文; 非线性破坏准则论文; 开挖面论文;
