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盾构隧道开挖面稳定性试验与颗粒流数值模拟研究
| 论文题名： | 盾构隧道开挖面稳定性试验与颗粒流数值模拟研究 |
| 关键词： | 地铁隧道;盾构施工;开挖面;颗粒流;土拱效应;稳定性;室内模型试验 |
| 摘要： | 地铁盾构施工因具有自动化程度高、掘进速度快及对地面建筑物影响小等优点，而被广泛应用于城市地铁建设中。如果盾构掘进过程中对开挖面支护力控制不当，继而会引发地表建筑物不均匀沉降、市政管线损坏等不良后果。本文基于室内模型试验、数值模拟及理论计算相结合的方法，对砂土地层盾构隧道开挖面失稳破坏模式、开挖面支护力与位移关系、土拱效应等进行了研究。论文主要研究内容及成果如下: (1)通过砂土地层盾构隧道开挖面稳定性室内模型试验，采用数字图像分析技术分别研究了不同埋深比和砂土密度条件下，开挖面前方土体的位移变形发展过程、开挖面失稳破坏模式以及开挖面位移与支护力的关系。 (2)利用PFC2D颗粒流模拟了砂土室内三轴试验，将数值模拟得到的砂土应力-应变曲线与室内试验获取的相关曲线进行了比较，通过调整细观参数对砂土的宏观参数和细观参数进行标定。基于宏细观参数标定的结果，验证了颗粒流模拟砂土颗粒宏观力学响应的可靠性与合理性。 (3)利用PFC2D建立砂土地层盾构隧道开挖面稳定性数值模型，模拟了开挖面失稳破坏的发展过程，分析了开挖面失稳破坏过程中前方土体颗粒间接触力、区域土体孔隙率以及土体应力等细观参数的变化情况，从细观角度揭示了开挖面失稳破坏过程中土拱效应的作用机理，并且验证了开挖面位移与开挖面支护力之间的关系。 (4)推导了开挖面极限支护力的简化计算公式，并将室内试验、数值模拟及公式计算的结果进行对比验证。 |
| 作者： | 林海山 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 缪林昌;林飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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