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卵石层隧道变形离散元分析和物理模型试验研究
| 论文题名： | 卵石层隧道变形离散元分析和物理模型试验研究 |
| 关键词： | 地铁隧道;卵石地层;暗挖法;变形规律;沉降分级控制 |
| 摘要： | 交通基础设施建设由地上向地下的转移，不仅达到了交通的分流，也是未来城市空间扩张的趋势。新疆乌鲁木齐市区内沿着乌鲁木齐河带状地形，广泛的分布着冲积、洪积河床堆积形成的卵石地层。在地下工程开发中，城市地下广布的卵石地层给发展带来诸多技术难题:卵石地层与常规岩土工程性质有本质上的区别，在隧道开挖过程中，由于卵石颗粒分布不均匀、离散性较大，地层容易坍塌，施工难度增大。本文依托乌鲁木齐地铁1号线暗挖工点，并考虑到未来城市轨道交通及市政隧道的建设需求，将结合1号线卵石层城市地铁隧道埋深较浅，开挖跨度较大的特点，对卵石层地层及地表在暗挖法施工下的变形规律进行研究，并提出了相应的地表沉降分级控制指标，具体研究内容如下: (1)从卵石层的物理力学特征出发，阐述了采用离散元数值计算方法的原因;然后运用基于离散元原理的PFC颗粒流软件，建立了数值三轴试验模型，通过对细观参数的反复调整，进行了不同颗粒流细观参数下的数值三轴试验;分析了不同类型卵石颗粒细观参数对宏观力学特性的影响规律，并结合实测地层力学特性曲线，标定了针对乌鲁木齐卵石地层的颗粒流细观计算参数。 (2)在进行离散元数值模拟的基础上，统计了地表在不同跨径和埋深下的变形量，总结出相应的地表沉降量回归公式，对比分析了地表和拱顶变形数据，获得了两者之间关于埋深的变化规律，利用最佳平方逼近的原理，建立了Peck公式参数的求解函数，得出了相应的地层损失率Vl和卵石地质条件影响系数n取值区间，得出了可供该地区相应地层内工程可参考的地层沉降预测方式。 (3)在相似比为1∶20条件下，推导出相似模型的物理参数与原型之间的关系，确定了相似模型的物理力学参数，对于待选用的相似材料，采用了正交试验的方法，研究了各个因素对其力学性质的影响，确定了卵石地层的相似材料配合比。 (4)建立了卵石地层模型试验箱，开展了不同跨径和埋深工况下的开挖模型试验，采用土压力盒测量围岩内部压力，采用非接触式视频量测系统采集土体变形数据，通过试验直观反映卵石地层开挖后的变形及卸载情况，与前述离散元模拟计算结果对比分析，进一步印证卵石地层随着开挖过程的变形特性与规律。 (5)在不同外界因素影响下选取了合理地层沉降控制值，通过统计分析数值模拟和模型试验的计算结果，给出了相应的卵石地层地质条件影响系数n，确定了地表沉降允许值[S]，并基于开挖过程地层变形规律的研究，对相应的地表沉降控制指标进行了分阶段控制。 |
| 作者： | 陈首超 |
| 专业： | 土木工程；桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 蒋树屏;王晓雯 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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