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基坑开挖时邻近既有隧道的力学响应规律研究
| 论文题名： | 基坑开挖时邻近既有隧道的力学响应规律研究 |
| 关键词： | 基坑开挖;地下隧道;力学响应;数值模拟;变形特性 |
| 摘要： | 随着地面与地下空间的综合开发利用日愈增多，越来越多的基坑工程邻近既有的地铁隧道，基坑工程与地下隧道之间的冲突日愈突出，已成为城市建设中的焦点问题。基坑开挖必然引起周围土体的移动，导致地铁隧道产生附加的内力和变形，严重影响地铁隧道的安全。在这种复杂环境条件下，如何正确预测基坑开挖引起的隧道变形和内力是一项急需解决的重要课题。本文以教育部长江学者和创新团队发展计划资助项目“山区岩土工程”（项目编号：IRT1045）为依托，采用理论分析、模型试验和数值模拟等方法针对基坑开挖时邻近隧道的力学响应规律进行了较为深入的研究，论文的主要研究工作包括: ①收集和统计国内16个邻近既有隧道的基坑工程案例，采用数据统计方法，将基坑工程概况、基坑与隧道之间的相对距离、支护结构、坑内加固、时空效应及地下水等影响因素进行归类，系统分析和总结深基坑开挖引起邻近隧道的变形特性； ②基于等效刚度连续模型原理，提出采用 Mindlin解计算基坑开挖坑壁所引起的水平纵向附加应力以及坑底所引起的竖向附加应力，将计算过程划分为两个阶段，考虑坑壁释放的附加应力，然后将既有隧道结构看作Winkler弹性地基无限长梁，再将水平与竖向附加应力分别施加于隧道结构上，最后求得隧道水平与竖向的纵向位移和内力，从而初步评估基坑开挖对地铁隧道的影响程度； ③通过室内模型试验，调整基坑与邻近隧道之间的相对水平及竖向距离，分析基坑开挖对已有隧道弯矩、土压力与内径的作用机理，研究在基坑开挖过程中邻近隧道内力与变形的变化规律； ④基于拉格朗日有限差分方法，详细地推导了 HS硬化土模型在 FLAC3D中的增量迭代计算格式。依据FLAC3D所提供的二次开发程序接口，利用VC++程序语言实现了计算过程，并编译成动态链接库文件进行加载和调用。通过试验实测进行比较，验证了二次开发模型的正确性与合理性； ⑤采用前面开发的HS硬化土模型，根据基坑开挖对已有隧道影响的模型试验，建立数值计算模型，并与试验结果进行对比，进一步分析基坑开挖对已有隧道的影响。最后针对某邻近既有隧道的深基坑工程，采用二次开发的HS硬化土模型进行数值模拟，对比了基坑周围有无隧道情况下的差别，全面分析基坑周围土体的变形和地下隧道结构受影响的程度，深入分析深基坑对已有地下隧道内力与变形的影响作用。 |
| 作者： | 姜兆华 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 张永兴 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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